Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Rośliny żyją w komórkach kręgowców
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Nauki przyrodnicze
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Szwedzcy uczeni dokonali czegoś niezwykłego. Połączyli indywidualne komórki z organicznymi elektrodami. Ich osiągnięcie daje nadzieję, że w przyszłości będziemy w stanie bardzo precyzyjnie leczyć choroby neurologiczne. I nie tylko je.
Mózg jest kontrolowany przez sygnały elektryczne, które są z kolei przekładane na substancje chemiczne służące do komunikacji między komórkami. Nie od dzisiaj wiemy, że mózg można stymulować za pomocą prądu elektrycznego. Jednak stosowane metody są bardzo nieprecyzyjne i wpływają na duże obszary mózgu. W zwiększeniu precyzji pomagają metalowe elektrody. Jednak ich mocowanie do mózgu stwarza ryzyko uszkodzenia tkanki, pojawienia się stanu zapalnego czy blizn. Rozwiązaniem mogą być miękkie polimerowe elektrody.
Naszym celem jest połączenie układu biologicznego z elektrodami, używając przy tym organicznych polimerów przewodzących. Polimery są miękkie i wygodne w używaniu, mogą przekazywać zarówno sygnał elektryczny, jak i jony. Są więc lepszym materiałem niż konwencjonalne elektrody, mówi Chiara Musumeci z Uniwersytetu w Linköping.
Uczona wraz z kolegami z Karolinska Institutet opracowała technikę mocowania organicznych elektrod do błon komórkowych pojedynczych komórek. Dotychczas udawało się to osiągnąć w przypadku genetycznie modyfikowanych komórek, zmienionych tak, by ich błony komórkowe łatwiej łączyły się z elektrodami. Szwedzi są pierwszymi, którzy wykonali takie połączenie z niezmodyfikowanymi komórkami, uzyskali ścisłe dopasowanie, a elektroda nie wpłynęła na funkcjonowanie komórek.
Technika połączenia jest dwuetapowa. W pierwszym kroku wykorzystywana jest molekuła kotwicząca, za pomocą której tworzy się punkt zaczepienia do błony komórkowej. Na drugim końcu molekuły znajduje się struktura, do której mocowana jest następnie elektroda.
Na kolejnym etapie badań naukowcy będą starali się opracować sposób na bardziej równomierne zaczepianie molekuły kotwiczącej, uzyskanie bardziej stabilnego połączenia oraz zbadanie, jak takie połączenie zachowuje się z upływem czasu. Przed nimi jeszcze sporo wyzwań. Naukowcy wciąż nie są w stanie z całą pewnością stwierdzić, że ich technika sprawdzi się w przypadku żywych tkanek. Na razie skupiają się nad uzyskaniem pewnego, stabilnego i bezpiecznego połączenia z komórką.
Jeśli okaże się, że takie połączenia sprawdzają się w żywych organizmach, przyjdzie czas na badania, które dadzą odpowiedź na pytanie, w terapiach jakich chorób można będzie zastosować elektrody łączone z poszczególnymi komórkami.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Komórki wytwarzają wiele różnych związków i kompleksów, które mogą zajmować aż do 40% jej wnętrza. Z tego powodu wnętrze komórki jest niezwykle zatłoczonym środowiskiem, w którym charakteryzacja reakcji biochemicznych jest skomplikowana i złożona, pomimo ogromnego postępu nauki. Dlatego naukowcy zazwyczaj używają obojętnych chemicznie molekuł takich jak niejonowe polimery, aby naśladować naturę w probówce i poza komórką tworzyć zatłoczenie odpowiadającemu temu w naturze.
Jak się jednak okazuje te powszechnie uważane za obojętne dla reakcji biochemicznych związki mogą kompleksować jony. A ponieważ równowaga wielu reakcji biochemicznych zależnych jest od stężenia jonów, jest to szczególnie istotne. Ostatnio, badacze z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk z grupy prof. Roberta Hołysta przedstawili badania przybliżające nas do zrozumienia 1000-krotnych zmian w stałych równowagi tworzenia się kompleksu biochemicznego, gdy zachodzi ona w bardzo zatłoczonym środowisku. Przyjrzyjmy się ich badaniom.
Nasze ciało składa się z trylionów komórek bezustannie współpracujących ze sobą i pełniącymi różne funkcje. Co więcej, nasz organizm w każdej sekundzie wykonuje miliardy zawiłych operacji, a my nawet ich nie zauważamy. Reakcje przebiegające we wnętrzu pojedynczej komórki, a zwłaszcza specyficzne interakcje między indywidualnymi cząsteczkami bardzo często zależą od stężenia jonów w danym miejscu. Wiele reakcji jest szczególnie wrażliwych na zmiany siły jonowej, dlatego równowaga tworzenia się wielu kompleksów biochemicznych (np. kompleksów białko-białko, białko-RNA czy tworzenie się podwójnej nici DNA) może się istotnie zmieniać w zależności od dostępności jonów.
Sprawę ponad to komplikuje fakt, złożona budowa komórek ludzkich. Przyjrzyjmy się bliżej cytoplazmie wewnątrz komórki. Można ją porównać do basenu pełnego pływających w nim obiektów o różnych rozmiarach i kształtach takie jak rybosomy, małe cząsteczki, białka lub kompleksy białko-RNA, nitkowate składniki cytoszkieletu, i organelle np. mitochondria, lizosomy, jądro itd. Wszystko to sprawia, że lepka, galaretowata struktura cytoplazmy jest bardzo złożonym i zatłoczonym środowiskiem. W takich warunkach każdy parametr, a w szczególności siła jonowa i pH może znacząco wpłynąć na przebieg reakcji biochemicznych. Jednym z mechanizmów utrzymywania równowagi jonowej w komórce są pompy sodowo-potasowe znajdujące się w błonie komórkowej prawie każdej ludzkiej komórki, które to są wspólną cechą dla całego życia komórkowego.
Wspomniane zatłoczone środowisko jest często odtwarzane sztucznie, aby zrozumieć reakcje biochemiczne zachodzące wewnątrz żywych komórek. Jako modelu cytoplazmy komórki in vitro zazwyczaj używa się roztworów związków niejonowych w dużych stężeniach (∼40–50% masowego). Najczęstszymi molekułami wykorzystywanymi w tym celu są polietylen, glikol etylenowy, glicerol, fikol, oraz dekstrany. Powyższe cząsteczki uważane są powszechnie za chemicznie nieaktywne.
Zaskakujące wyniki w tej dziedzinie zaprezentowali naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN. Wykorzystali oni hybrydyzację oligonukleotydów DNA jako modelową, bardzo wrażliwą na stężenie jonów, reakcję biochemiczną. Stabilność tworzenia kompleksu badano w obecności różnych związków chemicznych zwiększających zatłoczenie w środowisku prowadzonych reakcji oraz w funkcji siły jonowej.
Stężenie jonów w roztworze opisywane jest siłą jonową, która określa efektywną odległość elektrostatycznego odpychania między poszczególnymi cząsteczkami. Dlatego też sprawdziliśmy wpływ siły jonowej na hybrydyzację DNA – zauważa Krzysztof Bielec, pierwszy autor artykułu opisującego odkrycie grupy badawczej.
Przeprowadzone eksperymenty wykazały, że interakcje między cząsteczkami są wzmacniane przy wyższym stężeniu soli oraz że dodatek polimerów zwiększających zatłoczenie i tym samym lepkość środowiska reakcyjnego także wpływa na dynamikę procesów biochemicznych utrudniając tworzenie kompleksów.
Krzysztof Bielec komentuje: Najpierw sprawdziliśmy wpływ zatłoczenia w środowisku reakcyjnym na stałą równowagi hybrydyzacji DNA. Tworzenie dwuniciowego szkieletu DNA bazuje na oddziaływaniu elektrostatycznym między dwiema ujemnie naładowanymi nićmi. Monitorowaliśmy wpływ zatłoczonego środowiska na hybrydyzację komplementarnych nici o stężeniu nanomolowym charakterystycznym dla wielu reakcji biochemicznych w komórce. Następnie określiliśmy kompleksowanie jonów sodu w zależności od zatłoczenia. Miejsce wiązania kationu w strukturze związku zwiększającego lepkość może różnić się nawet pomiędzy cząsteczkami zawierającymi te same grupy funkcyjne. Dlatego obliczyliśmy oddziaływanie z poszczególnymi cząsteczkami w przeliczeniu na monomer i polimer upraszczając interakcje między jonami a cząsteczkami typu przeszkoda zwiększająca lepkość.
Ku zaskoczeniu badaczy, okazało się, że powszechnie uważane za niereaktywne niejonowe polimery używane do naśladowania warunków panujących w cytoplazmie mogą kompleksować (niejako podkradać) jony niezbędne do efektywnej hybrydyzacji DNA.
Pomimo, że nie jest to dominująca interakcja pomiędzy tymi polimerami a jonami to, gdy stosuje się ogromne stężenie polimerów (kilkadziesiąt procent masy roztworu) efekt jest znaczący.
Określając stabilność kompleksów powstających w obecności konkretnych związków zwiększających zatłoczenie w badanym środowisku reakcyjnym autorzy badania wykazali wpływ jonów na poziomie molekularnym zbliżając nas do lepszego naśladowania warunków panujących w naturze.
Wyniki tych eksperymentów rzucają światło na wyjaśnianie zjawisk otrzymywane dotychczas za pomocą wspomnianych systemów polimerowych oraz skłaniają do rewizji mechanizmów zachodzących w komórce, jeśli badane były środowiskach otrzymywanych sztucznie.
Dzięki wynikom przedstawionym przez naukowców z IChF PAN jesteśmy o krok bliżej zrozumienia poszczególnych procesów molekularnych zachodzących wewnątrz komórek. Szczegółowy opis jest niezwykle ważny w wielu dziedzinach jak na przykład przy projektowaniu nowych leków, zwłaszcza w przewidywaniu konkretnych procesów zachodzących w komórkach podczas leczenia. Może być również pomocny w precyzyjnym planowaniu eksperymentów in vitro. Praca badaczy z IChF PAN została opublikowana w The Journal of Physical Chemistry Letters
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Wiele trapiących nas chorób ma związek z nieprawidłowo działającymi komórkami. Być może udało by się je skuteczniej leczyć, ale najpierw naukowcy muszą szczegółowo poznać budowę i funkcjonowanie komórek. Dzięki połączeniu sztucznej inteligencji oraz technik mikroskopowych i biochemicznych uczeni z Wydziału Medycyny Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (UCSD) dokonali ważnego kroku w kierunku zrozumienia komórek ludzkiego organizmu.
Dzięki mikroskopom możemy dojrzeć struktury komórkowe wielkości pojedynczych mikrometrów. Z kolei techniki biochemiczne, w których wykorzystuje się pojedyncze proteiny, pozwalają na badanie struktur wielkości nanometrów, czyli 1/1000 mikrometra. Jednak poważnym problemem w naukach biologicznych jest uzupełnienie wiedzy o tym, co znajduje się w komórce pomiędzy skalą mikro- a nano-. Okazuje się, że można to zrobić za pomocą sztucznej inteligencji. Wykorzystując dane z wielu różnych źródeł możemy ją poprosić o ułożenie wszystkiego w kompletny model komórki, mówi profesor Trey Ideker z UCSD.
Gdy myślimy o komórce, prawdopodobnie przyjdzie nam do głowy schemat ze szkolnych podręczników do biologii, z jego mitochondrium, jądrem komórkowym i retikulum endoplazmatycznym. Jednak czy jest to pełny obraz? Zdecydowanie nie. Naukowcy od dawna zdawali sobie sprawę z tego, że więcej nie wiemy niż wiemy. Teraz w końcu możemy przyjrzeć się komórce dokładniej, dodaje uczony. Ideker i Emma Lundberg ze szwedzkiego Królewskiego Instytutu Technicznego stali na czele zespołu, który jest autorem najnowszego osiągnięcia.
Wykorzystana przez naukowców nowatorska technika nosi nazwę MuSIC (Multi-Scale Integrated Cell). Podczas pilotażowych badań MuSIC ujawniła istnienie około 70 struktur obecnych w ludzkich komórkach nerek. Połowa z nich nie była dotychczas znana. Zauważono np. grupę białek tworzących nieznaną strukturę. Po bliższym przyjrzeniu się naukowcy stwierdzili, że wiąże ona RNA. Prawdopodobnie struktura ta bierze udział w splicingu, czyli niezwykle ważnym procesie składania genu.
Twórcy MuSIC od lat próbowali stworzyć mapę procesów zachodzących w komórkach. Tym, co różni MuSIC od podobnych systemów jest wykorzystanie technik głębokiego uczenia się do stworzenia mapy komórki bezpośrednio z obrazów mikroskopowych. System został wyćwiczony tak, by bazując na dostępnych danych stworzył model komórki. Nie mapuje on specyficznych struktur w konkretnych lokalizacjach, tak jak mamy to w schematach uczonych w szkole, gdyż niekoniecznie zawsze znajdują się one w tym samym miejscu.
Na razie w ramach badań pilotażowych uczeni opracowali za pomocą MuSIC 661 protein i 1 typ komórki. Następnym celem badań będzie przyjrzenie się całej komórce, a później innym rodzajom komórek, komórkom u różnych ludzi i u różnych gatunków zwierząt. Być może z czasem będziemy w stanie lepiej zrozumieć molekularne podstawy różnych chorób, gdyż będziemy mogli wyłapać różnice pomiędzy zdrowymi a chorymi komórkami, wyjaśnia Ideker.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Przywykliśmy myśleć, że w królestwie zwierząt opiekę nad osobnikami młodocianymi roztaczają matki, pary rodziców, albo czasem całe stado, nierzadko wspierane przez starsze rodzeństwo, a rola samca ogranicza się do przekazania materiału genetycznego i utrzymania terytorium, na którym przebywają samice. Tymczasem udział ojca w opiece nad potomstwem może być bardzo duży, a w przyrodzie rola samca jest często kluczowa w procesie odchowu młodych.
Gdy mowa o opiece ojców nad potomstwem u wielu osób pojawi się skojarzenie z konikami morskimi, czyli rybami morskimi z rodziny igliczniowatych (Syngnathidae), u których samce inkubują ikrę w specjalnej torbie. Niezależnie od grupy systematycznej opieka rodzicielska, zarówno sprawowana przez ojca jak i matkę, ma jeden cel – zwiększyć przeżywalność potomstwa, oczywiście kosztem rodziców.
A jak to wygląda u płazów, czy ojcowie są zaangażowani w opiekę?
Spośród współcześnie żyjących płazów szacuje się, że różne przejawy opieki rodzicielskiej występują u około 5% opisanych gatunków (tj. u ponad 400 gatunków) z przynajmniej 31 rodzin i różnych rzędów występujących na różnych kontynentach. Oznacza to, że strategia opieki rodzicielskiej wykształciła się wielokrotnie i niezależnie w toku ewolucji. Pięć procent to stosunkowo niewiele jednak należy wziąć pod uwagę, że nasza znajomość ekologii wielu egzotycznych gatunków jest niewielka, dlatego udział tego typu zachowań jest niewątpliwie znacznie niedoszacowany. Co ciekawe u płazów dominuje model samotnego rodzica, a wspólna opieka samca i samicy to prawdziwa rzadkość. U płazów ogoniastych (np. u salamander bezpłucnych) to samica głównie opiekuje się potomstwem, podczas gdy u ponad 2/3 płazów bezogonowych to właśnie ojcowie są głównymi opiekunami.
Zatem na czym polega opieka żabiego taty?
Udział ojców w opiece nad potomstwem może trwać od kilku do kilkudziesięciu dni. Najczęściej opieka przejawia się transportem jaj/kijanek, w tym dbaniem o warunki właściwej inkubacji. Popularny przykład opieki obserwować można u bajecznie kolorowych drzewołazów - Dendrobatidae niewielkich płazów popularnych w terrarystyce, ogrodach zoologicznych czy filmach przyrodniczych, u których transport i opieka nad kijankami jest bardzo częstym zachowaniem. U poszczególnych gatunków wygląd to już różnie, a opiekę sprawują zarówno samce, jak i samice. Ojcowie często pozostają w pobliżu miejsc gdzie rozwijają się kijanki aż do ich metamorfozy. Jednak tego typu behawior to nie tylko egzotyczne tropiki, równie ciekawe zachowania obserwować można u występującej na południowym wschodzie Europy pętówki babienicy Alytes obstetricnas. U tego gatunku samiec po zapłodnieniu jaj składanych w sznurach, oplata je sobie wokół tylnych nóg, a następnie nosi je na lądzie, aż do momentu wylęgu kijanek co trwa około 30 dni
Samiec żaby darwina Rhinoderma darwinii krytycznie zagrożonego gatunku z Chile po około 20 dniach inkubacji jaj na lądzie „połyka” rozwinięte larwy, które trafiają do wyjątkowo silnie rozwiniętego worka głosowego. W tym okresie kijanki żywią się wydzieliną produkowaną przez skórę (jest to niezwykły w świecie zwierząt przykład patrotrofii). Rozwój w tym swoistym inkubatorze trwa około 6 tygodni, tj. aż do metamorfozy, gdy młode żaby wielkości centymetra opuszczają ciało ojca.
Kolejnym niezwykłym przykładem, jest ochrona nad larwami i młodymi obserwowana u afrykańskiej żaby byk Pyxicephalus adspersus. Samce pilnują kijanek rozwijających się w niewielkich zagłębieniach, tzw. sadzawkach, chroniąc je przed drapieżnikami i przed wysychaniem. Gdy wody zaczyny brakować w sadzawce, opiekun potrafi wykopać odpowiedni kanał, tak by uzupełnić jej brak, lub by udrożnić kanał, którym kijanki przedostaną się do nowego bezpiecznego miejsca.
Podsumowując opieka rodzicielska u płazów bezogonowych występuje głównie u gatunków rozmnażających się na lądzie, gdzie panują zmienne warunki i istnieje duże ryzyko nieprzetrwania rozwijających się bez opieki młodych osobników. W takim środowisku rodzice, w tym bardzo często sami ojcowie, inwestują duże siły i podejmują się odchowu niewielkiej liczby potomstwa, ale dzięki ich wysiłkowi śmiertelność jest niewielka, a strategia ta pozwala trwać im od setek pokoleń.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W kilku miejscach w parkach narodowych Biebrzańskim i Białowieskim rozpoczęły się akcje ratowania płazów, by nie ginęły pod kołami samochodów w trakcie wiosennych wędrówek do miejsc rozrodu. Ustawiono płotki, które zabezpieczają płazy przed wejściem na drogi. Tak zatrzymane są bezpiecznie przenoszone.
Swoją akcję na fragmencie tzw. carskiej drogi, czyli drogi ze Strękowej Góry w stronę Osowca przez Biebrzański PN prowadzą studenci z Koła Naukowego Biologów Uniwersytetu w Białymstoku.
Płotki herpetologiczne ustawiono tam na kilkuset metrach wzdłuż drogi, w miejscu, które już przed laty uznano za newralgiczne w migracjach płazów - poinformował PAP Dawid Mioduszewski z Koła Naukowego Biologów. Dodał, że akcja ratowania płazów jest prowadzona właśnie w tym miejscu, bo ginęło tam najwięcej tych zwierząt.
Płotki na carskiej drodze ustawiono 18 marca, ale płazy pojawiły się tam masowo w ostatni weekend 27-28 marca, bo sprzyjała temu pogoda, było ciepło i popadał deszcz. Codziennie albo studenci albo pracownicy Biebrzańskiego PN są na miejscu, przenoszą płazy, które nie mogąc pokonać płotków wpadają do wkopanych w ziemię wiaderek i są bezpiecznie przenoszone na drogą stronę drogi.
Monitoring płazów na carskiej drodze studenci prowadzą od 2015 r. po tym, gdy droga ta przeszła remont i zwiększył się na niej ruch. Badają, jakie gatunki migrują w tym miejscu, ile ich jest, ale też, jakie gatunki giną na drodze.
Studenci oceniają na podstawie dotychczasowych obserwacji, że być może bieżący rok będzie obfitował w płazy, bo już teraz zaobserwowano ich sporo. Dawid Mioduszewski poinformował, że podczas weekendu 27-29 marca przeniesiono ok. 250 płazów, z czego prawie wszystkie jednego dnia, w niedzielę. Przypomniał, że były lata, gdy podczas całej akcji przeniesiono kilkaset płazów. Rekordowym rokiem był 2018, gdy pomoc w bezpiecznych wędrówkach dostało 2,7 tys. płazów. Sporo - 1,4 tys. było też w 2015 r.
Sporo też jednak płazów wciąż ginie pod kołami samochodów. Tylko w weekend 27-28 marca na odcinku Laskowiec - Osowiec Twierdza studenci naliczyli 580 martwych płazów, które zostały rozjechane przez samochody. Sylwia Mikłosz z Koła Biologów poinformowała PAP, że było wśród nich wiele rzadkich gatunków, np. rzekotka drzewna czy traszka grzebieniasta.
Mikłosz przyznaje, że nie jest wykluczone, że tak dużo płazów zginęło, bo z powodu pandemii i związanych z nią ograniczeń, coraz więcej osób chętniej wyjeżdża samochodami w plener, na spacery i wędrówki po Biebrzańskim PN, szukając odpoczynku, relaksu. Studenci mówią, że sami obserwują duży ruch, a w plenerze spotykają też coraz więcej ludzi.
Biebrzański PN poinformował także w mediach społecznościowych, że płotki, by chronić płazy, tak jak w latach ubiegłych są również ustawione przy drodze z Goniądza do Wólki Piasecznej.
Akcja czynnej ochrony płazów jest też prowadzona np. w Białowieskim PN. Park organizuje ją od lat. Płotki są w tym sezonie ustawione na łącznej długości ok. jednego kilometra w rejonie Białowieży i Narewki.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.