Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

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.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Niezłe ;) Ale ciągle nie będzie można używać nicienia jako sondy - przydałby mu się jakiś pancerzyk ze źródłami światła, dzięki któremu można by wpuścić nicienia do ciała i sterować np radiowo..

 

No ale wszystko przed nami :P A odkrycie faktycznie przełomowe - na pewno tę metodę da się udoskonalić oraz spróbować podobnego sterowania na innych organizmach :D

Share this post


Link to post
Share on other sites

Już teraz steruje się pewnymi istotami żyjącymi za pomocą radia. I to na masową skale! To żadna rewolucja tylko ewolucja ;)

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

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      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.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Amerykańscy uczeni udowodnili, że można dokonywać obliczeń za pomocą skrzyżowanych ze sobą nanokabli. Wystarczy ich odpowiednie połączenie, a otrzymamy prosty układ logiczny.
      Specjaliści z Universytetu Harvarda ułożyli na krzemowym podłożu 10-nanometrowej długości kable z germanu. Następnie pokryli je tlenkami metali i nałożyli nań w określonych miejscach kolejne kable, krzyżujące się z tymi poniżej. Dzięki podaniu wysokiego napięcia naukowcy mogli włączyć i wyłączyć poszczególne miejsca przecięcia się kabli, programując w ten sposób układ. Później użyli niższego napięcia, dzięki któremu niżej położone kable z germanu działały jak tranzystory.
      Stworzony w ten sposób chip składał się z 496 programowalnych tranzystorów umieszczonych na powierzchni 960 mikrometrów. Układ umożliwiał przeprowadzenie operacji dodawania i odejmowania.
      Twórcy nowej kości przyznają, że jest ona bardzo duża, a ich technika raczej nie pozwoli na dorównanie szybko rozwijającym się technologiom litograficznym. Podkreślają jednak, że ich metoda ma olbrzymią zaletę, gdyż tworzone w ten sposób układy mogą zużywać nawet 100-krotnie mniej energii niż konwencjonalne kości. Mogą zatem przydać się do tworzenia niewielkich robotów czy prostych urządzeń biomedycznych.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Harvard University i specjaliści z Google'a ogłosili powstanie nowej dziedziny wiedzy - kulturomiki. Ma ona badać "genom ludzkiej kultury", a powstała dzięki zeskanowaniu przez Google'a milionów książek.
      Dotychczas w ramach projektu Google Books przełożono do postaci cyfrowej około 5,2 miliona tytułów. To mniej więcej 4% pisemnego dorobku ludzkości. Dzieła te zawierają w sumie ponad 500 miliardów wyrazów. Około 72% z nich jest w języku angielskim, reszta to książki rosyjsko-, francusko-, hiszpańsko- i chińskojęzyczne.
      W ten sposób powstała największa w historii baza danych ludzkiej działalności literackiej. Teraz, gdy znacząca część dzieł literackich została zdigitalizowana, możemy przeprowadzać komputerowe analizy, które ujawnią nam trendy w historii, kulturze, języku czy myśli - mówi Jon Orwant, inżynier z Google'a.
      Kulturowa genomika znakomicie ułatwi np. sprawdzenie, kto w jakim okresie był popularny, jakie słowa z jaką częstotliwością się pojawiały czy też pozwoli na zbadanie, jak były cenzurowane poszczególne dzieła w różnych krajach i okresach historycznych.
      Od lat 50. ubiegłego wieku naukowcy interesują się wykorzystaniem technik obliczeniowych w naukach humanistycznych i społecznych. Jednak dotychczas wprowadzenie metod ilościowych do badań nad kulturą było bardzo trudne ze względu na brak odpowiednich danych. Teraz mamy olbrzymią bazę danych, która jest dostępna bezpłatnie za pomocą łatwego w obsłudze interfejsu - mówi Jean-Baptise Michel z Wydziału Psychologii Uniwersytetu Harvarda.
      Dzięki Google Books uczeni już zauważyli, że co roku język angielski wzbogaca się średnio o 8500 nowych słów. W latach 1950-2000 zasób leksykalny języka angielskiego zwiększył się o 70%, jednak większość z nowych wyrazów nie została opisana w słownikach. Oceniamy, że 52% angielskiej leksyki - a więc większość wyrazów używanych w anglojęzycznych książkach - stanowi leksykalną "ciemną materię", gdyż nie są one uwzględniane w słownikach - napisali uczeni.
      Zauważono też, że ludzkość coraz szybciej zapomina o przeszłości. Uczeni zbadali jak często każdy rok z okresu 1875-1975 jest wspominany w piśmiennictwie lat następnych. Okazało się, że np. liczba odniesień do roku 1880 zmniejszyła się o 50% dopiero w roku 1912. Potrzeba zatem było 32 lat. Tymczasem liczba odniesień do roku 1973 spadła o połowę już w roku 1983, czyli w ciągu 10 lat.
      Dowiadujemy się również, że wynalazki rozprzestrzeniają się coraz szybciej. Te, które opracowano pod koniec XIX wieku popularyzowały się dwukrotnie szybciej niż wynalazki z początku XIX wieku.
      Uczeni zainteresowali się również celebrytami. Ludzie stają się obecnie bardziej sławni niż wcześniej, ale są też szybciej zapominani - piszą. Ponadto obecnie celebryci stają się nimi w młodszym wieku. Znane osoby, urodzone w 1950 roku zdobyły sławę średnio w wieku 29 lat. Tymczasem sławni urodzeni w roku 1800 zdobywali sławę przeciętnie w wieku 43 lat.
      Ciekawy trend zauważono też w odniesieniu do rodzaju wykonywanego zawodu przynoszącego sławę. Aktorzy stają się znani wcześniej, bo średnio w wieku 30 lat, niż pisarze (około 40. roku życia) czy politycy, którzy na sławę muszą czekać, aż skończą 50 lat. Jednak ta cierpliwość popłaca, gdyż najbardziej znani politycy są bardziej znani, niż najbardziej znani aktorzy.
      Kulturomika jest też przydatna w badaniu cenzury. Okazało się np. że Marc Chagall, artysta żydowskiego pochodzenia, został w literaturze niemieckiej z lat 1936-1944 wspomniany tylko raz. Podobnie stało się z Lwem Trockim w ZSRR, z Placem Tienanamen w Chinach oraz z "Holywoodzką Dziesiątką" - grupą pracowników Hollywood podejrzanych o prokomunistyczne sympatie, którzy w 1947 roku trafili na "czarną listę" - w USA.
      Okazuje się również, że w naszej kulturze znacznie mocniej zakorzeniony jest Freud, do którego znajdziemy więcej odniesień niż do Galileusza, Einsteina czy Darwina.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na Harvard University opracowano nieinwazyjną technikę obrazowania na poziomie molekularnym. Działa ona na tyle szybko, że możliwe jest obserwowanie czerwonych krwinek poruszających się w naczyniach włosowatych myszy. Sunney Xie, profesor biochemii mówi, że nowa technika mogłaby stać się bezbolesną alternatywą dla biopsji. Aby zidentyfikować guza musimy wyciąć tkankę, pociąć ją na plasterki, zastosować barwnik i przyjrzeć się jej pod mikroskopem - cały ten proces zajmuje 15-20 minut. Tutaj nie potrzebujemy biopsji, możemy uzyskać niemal identyczny obraz bez konieczności cięcia tkanki - stwierdził uczony.
      Obecnie podobne obrazowanie jest możliwe za pomocą rezonansu magnetycznego (MRI) i tomografii pozytronowej (PET). Obie techniki wymagają jednak podania pacjentowi, odpowiednio, kontrastu albo materiału radioaktywnego. Jednak substancje te zakłócają normalne procesy zachodzące w komórkach.
      W technice opracowanej przez Xie można obejść się bez kontrastu. Uczony wykorzystał spektroskopię Ramana, a więc fakt, iż wiązania molekularne wibrują przy specyficznych częstotliwościach światła. Xie wykorzystał dwa lasery o różnych częstotliwościach oraz detektor wyłapujący odpowiedź molekuł na pobudzenie laserami i przekładający ich drgania na obraz.
      Jednak w spektroskopii Ramana sygnał jest bardzo słaby, szczególnie w żywych tkankach, składających się z wielu różnych molekuł. Aby go wzmocnić użyto dwóch laserów w miejsce jednego, czyli stymulowaną spektroskopię Ramana.
      Dzięki znajomości częstotliwości wibracji konkretnych białek w czerwonych ciałkach krwi zespół naukowców mógł ustawić jeden laser na wyższą, a drugi na niższą częstotliwość tak, że różnica pomiędzy nimi była równa częstotliwości wibracji białek. Za pomocą systemu luster oba promienie skierowano przez nieciwlki otwór na ciało badanej myszy. Kombinacja taka wywołała zsynchronizowane wibracje we wszystkich wybranych proteinach na badanym obszarze. Xie porównuje to do grupy wahadeł. Wyobraźmy sobie, że mamy wiele wahadeł, z których każde porusza się z tą samą częstotliwością, ale faza każdego z nich jest przypadkowa. Z takim zjawiskiem mamy do czynienia w standardowej spektroskopii Ramana. Ale tutaj zmusiliśmy wszystkie wahadła, by wychylały się w lewo i w prawo w tym samym momencie, a więc uzyskaliśmy silniejszy sygnał. Uzyskany w ten sposób sygnał jest tysiące razy silniejszy niż w standardowej spektroskopii Ramana i pozwala na zajrzenie na 100 mikrometrów w głąb tkanki. To otwiera nowe możliwości badania zmian chemicznych i śledzenia transportu leków. Technika ta jest znacznie bardziej czuła i ma lepszą rozdzielczość, jednak wciąż jest ograniczona przez niewielką głębokość, na którą można spenetrować tkankę - powiedział Shuming Nie, profesor inżynierii biomedycznej z Emory University.
      Pomimo tych ograniczeń technika taka będzie przydatna nie tylko do rozpoznawania nowotworów powstających na powierzchni skóry. Xiu i jego zespół rozpoczęli już wpółpracę z inżynierem Ericem Seibelem z University of Washington. Chcą wspólnie stworzyć endoskop zawierający dwa lasery, który pozwoli na zajrzenie w głąb ciała pacjentów.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Mimo rozwoju alternatywnych technologii i inwestowania olbrzymich środków w badania, tak naprawdę ropa naftowa wciąż pozostaje surowcem niezastąpionym. Służy bowiem nie tylko jako paliwo, jej pochodne bowiem są nieodzowne przy produkcji lakierów, farb, tworzyw sztucznych, materiałów budowlanych. Ekologiczne biopaliwa nie dają niestety takich możliwości, dostępne technologie są zbyt mało zaawansowane i mało wydajne. Być może sytuacja ulegnie zmianie, w każdym razie zapewniają o tym naukowcy z University of Massachusetts w Amherst.
      Zapewniają oni, że odkryli sposób wysokowydajnego i taniego wytwarzania cennych surowców chemicznych z bioolejów. Jeśli nowa technologia faktycznie okaże się konkurencyjna ekonomicznie, będzie to przełom. Otworzą się bowiem drzwi do szerszego wykorzystania biomasy: odpadów drzewnych, upraw roślin energetycznych, itd. Szeroko i komercyjnie dostępne oleje pirolityczne są bowiem tańsze od ropy naftowej. Autorzy rozwiązania obiecują nawet, że niepotrzebna będzie budowa nowej infrastruktury fabrycznej, bowiem wytwarzanie produktów (dotychczas) ropopochodnych ze wzbogaconego biooleju będzie możliwe z użyciem dotychczasowych technologii.
      Technologia, którą opracowali profesor George Huber oraz doktoranci Tushar Vispute, Aimaro Sanno i Huiyan Zhang jest już wdrożona w eksperymentalnej fabryce, na razie produkcja odbywa się w ilościach litrowych, ale technologia jest, według ich zapewnień, łatwo skalowalna i łatwa do komercyjnego wdrożenia. Licencję na nią zakupiła już firma Anellotech Corporation, która pracuje ponadto nad technologiami bezpośredniego przerobu odpadowych materiałów drzewnych na chemikalia.
      Opracowana technologia opiera się na dwóch zintegrowanych procesach, w pierwszym odbywa się reakcja uwodornienia biooleju, w drugim, dzięki wykorzystaniu zeolitów (rodzaj porowatego minerału) w roli katalizatora następuje konwersja cząstek biomasy w pożądane węglowodory aromatyczne i olefiny. Można w ten sposób uzyskać między innymi etylen, propylen, benzen, toluen, ksylen, które są nieodzowne do wytwarzani na przykład poliuretanu, plastików i innych tworzyw sztucznych.
      Inną wielką zaletą technologii jest możliwość płynnego dostosowywania procesu produkcji do różnego składu surowców i różnych proporcji produktów końcowych. Pozwoli to na lepszą odpowiedź na aktualne zapotrzebowanie i wykorzystanie rynkowych cen, czyli zarazem lepszą opłacalność produkcji. Rynek chemikaliów ropopochodnych jest szacowany na 400 miliardów dolarów, jest więc o co walczyć.
×
×
  • Create New...