Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Bakterie jelitowe kontrolują ruchy
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Nauki przyrodnicze
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Dokonany w ostatniej dekadzie postęp w dziedzinie rekonstrukcji i sekwencjonowania starego DNA daje nam wgląd w niedostępne wcześniej aspekty przeszłości. Ostatnim niezwykłym osiągnięciem w tej dziedzinie jest badanie mikrobiomu jamy ustnej prehistorycznych ludzi. Mikrobiomu, który wskutek radykalnej zmiany diety i stosowania antybiotyków jest u współczesnych ludzi zupełnie inny od tego, z którym ewoluowaliśmy przez dziesiątki i setki tysięcy lat. Opisanie prehistorycznego mikrobiomu pozwoli nam nie tylko lepiej poznać warunki, w jakich żyli nasi przodkowie ale może też przyczynić się do opracowania nowych metod leczenia. Dzięki rekonstrukcji dawnego mikrobiomu możemy dowiedzieć się, jakie funkcje odgrywał on w przeszłości i co w międzyczasie straciliśmy.
Naukowcy z Niemiec, USA, Hiszpanii i Meksyku zbadali kamień nazębny 12 neandertalczyków i 52 ludzi współczesnych, którzy żyli w okresie od 100 000 lat temu do czasów obecnych. Dzięki słabej higienie jamy ustnej w odkładającym się kamieniu nazębnym zachował się interesujący naukowców materiał. Jego zbadanie nie było łatwe. Współautorka badań, Christina Warinner i jej zespół przez niemal 3 lata dostosowywali dostępne narzędzia do sekwencjonowania DNA oraz programy komputerowe do pracy z fragmentami, jakie udaje się pozyskać z prehistorycznego materiału. Ich praca przypominała układanie wymieszanego stosu puzzli, na który składały się puzzle z różnych zestawów, a część z nich całkowicie zniknęła. Naukowcom zależało na sukcesie, gdyż wiedzieli, że w tym stosie znajdą nieznane dotychczas informacje. Jesteśmy ograniczeni do badań obecnie istniejących bakterii. Całkowicie ignorujemy DNA z organizmów nieznanych lub takich, które prawdopodobnie wyginęły, mówi Warinner. W końcu udało się pozyskać fragmenty kodu genetyczne ze szczątków 46 badanych ludzi.
Kamień nazębny to idealne miejsce do poszukiwania dawnych mikroorganizmów. Bez regularnego mycia zębów zostają w nim bowiem uwięzione resztki pożywienia i innej materii organicznej. Zostają one zamknięte w kamieniu i są w ten sposób chronione przed zanieczyszczeniem, gdy ciało się rozkłada. To idealne miejsce do poszukiwania niezanieczyszczonych próbek.
Badacze znaleźli w ustach badanych osób bakterie z rodzaju Chlorobium. Ich współcześni kuzyni korzystają z fotosyntezy i żyją w stojącej wodzie w warunkach beztlenowych. Nie spotyka się ich w ludzkich ustach. Wydaje się, że zniknęły stamtąd przed 10 000 lat. Naukowcy przypuszczają, że Chlorobium albo trafiło do mikrobiomu ust paleolitycznych ludzi wraz z pitą przez nich wodą z jaskiń lub też było stałym elementem mikrobiomu przynajmniej niektórych z nich.
Jednak sama rekonstrukcja materiału genetycznego bakterii to nie wszystko. Na podstawie DNA możemy odgadywać, z jakich białek zbudowana była bakteria, ale już niekoniecznie to, jakie molekuły były przez te białka wytwarzane. Dlatego też naukowcy wyposażyli Pseudomonas protegens w parę prehistorycznych genów z kamienia nazębnego. Okazało się, że geny te doprowadziły do wytwarzania furanów przez P. protegens. Współczesne bakterie wykorzystują furany do przesyłania sygnałów, a badania sugerują, że podobnie robiły bakterie prehistoryczne.
Mimo że naukowcom udało się nakłonić współczesne bakterie do ekspresji genów bakterii prehistorycznych, to nie ma tutaj mowy o ożywianiu bakterii sprzed tysiącleci. Nie ożywiliśmy tych mikroorganizmów, zidentyfikowaliśmy za to kluczowe geny, które służyły im do wytwarzania interesujących nas molekuł, wyjaśnia Warinner.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W jaki sposób mózg decyduje, jak najlepiej poruszać naszym ciałem? Okazuje się, że dla układu nerwowego to spore wyzwanie, gdyż mamy setki mięśni, które muszą być koordynowane setki razy na sekundę, a liczba możliwych wzorców koordynacji, z których musi wybierać mózg, jest większa niż liczba ruchów na szachownicy, mówi profesor Max Donelan z kanadyjskiego Simon Fraser University. Donelan i jego zespół badali, w jaki sposób ciało adaptuje się d nowych ruchów. A ich badania mogą mieć znaczenie zarówno dla treningu sportowców, jak i rehabilitacji niepełnosprawnych.
Naukowcy zauważają, że bardzo często doświadczamy zmian zarówno w naszym organizmie, jak i w środowisku zewnętrznym. Być może lubisz biegać w niedzielę rano, Twoje mięśnie będą tym bardziej zmęczone im dłuższy dystans przebiegniesz. A może w czasie wakacji biegasz po plaży, gdzie podłoże jest luźne i nierówne w porównaniu z chodnikiem, po którym codziennie chodzisz. Od dawna jesteśmy w stanie rejestrować zmiany w sposobie poruszania się, ale dotychczas chyba nie docenialiśmy, w jaki sposób nasz organizm do takich zmian się adaptuje, stwierdza Donelan.
Chcąc przyjrzeć się tym zmianom kanadyjscy neurolodzy podjęli współpracę z inżynierami z Uniwersytetu Stanforda, którzy specjalizują się w tworzeniu egzoszkieletów.
Badania kanadyjsko-amerykańskiego zespołu przyniosły bardzo interesujące wyniki. Okazało się, że system nerwowy, ucząc się wzorców koordynacji nowych ruchów, najpierw rozważa i sprawdza wiele różnych wzorców. Stwierdzono to, mierząc zmienność zarówno samego ruchu ciała jako takiego, jak i ruchów poszczególnych mięśni i stawów. W miarę, jak układ nerwowy adaptuje się do nowego ruchu, udoskonala go, a jednocześnie zmniejsza zmienność. Naukowcy zauważyli, że gdy już nasz organizm nauczy się nowego sposobu poruszania się, wydatek energetyczny na ten ruch spada aż o 25%.
Z analiz wynika również, że organizm odnosi korzyści zarówno z analizy dużej liczby możliwych wzorców ruchu, jak i ze zmniejszania z czasem liczby analizowanych wzorców. Zawężanie poszukiwań do najbardziej efektywnych wzorców pozwala bowiem na zaoszczędzenie energii.
Zrozumienie, w jaki sposób mózg szuka najlepszych sposobów poruszania ciałem jest niezwykle ważne zarówno dla ultramaratończyka, przygotowującego się do biegu w trudnym terenie, jak i dla pacjenta w trakcie rehabilitacji po uszkodzeniu rdzenia kręgowego czy wylewu. Na przykład trener, który będzie wiedział, w którym momencie organizm jego podopiecznego zaadaptował się do nowego programu treningowego, będzie wiedział, kiedy można wdrożyć kolejne nowe elementy. A twórcy egzoszkieletów pomagających w rehabilitacji dowiedzą się, w którym momencie można przed pacjentem postawić nowe zadania, bo dobrze opanował wcześniejsze.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Istnienie dużych różnic pomiędzy mikrobiomem jelit samców i samic norki amerykańskiej było olbrzymim zaskoczeniem dla naukowców. Sugeruje to bowiem, że u mięsożerców może istnieć nierozpoznana dotychczas różnica pomiędzy obiema płciami, co z kolei ma znaczenie dla badań nad dziką przyrodą.
To duże zaskoczenie, gdyż przewód pokarmowy mięsożerców jest bardzo krótki i prosty. Jest on znacznie krótszy i mniej poskręcany niż jelita zwierząt wszystko- i roślinożernych, które wyewoluowały bardziej złożony system do rozkładania materii roślinnej. A fakt, że jelita mięsożerców są tak proste oznacza,że jest mniej czasu na to, by układ odpornościowy – który różni się u samców i samic – mógł wpływać na zróżnicowanie mikroorganizmów. A mimo to widzimy znaczące różnice pomiędzy płciami u tego gatunku, mówi profesor Erin McKenney z Nort Carolina State University.
Z praktycznego punktu widzenia, odkrycie to jest niezmiernie ważne dla planowania przyszłych badań, dodaje główna autorka artykuły, profesor Diana Lafferty z Northern Michigan University. Specjaliści zajmujący się badaniem dziko żyjących zwierząt mięsożernych często używają technik nieinwazyjnych, np. zbierają i badają ich odchody. Zwykle nie wiemy, czy znalezione odchody pochodzą od samca czy samicy. Nasze odkrycie oznacza, że analizowanie mikrobiomu anonimowych próbek może nie dawać nam dokładnego obrazu badanej populacji. Będziemy musieli sprawdzać płeć zwierzęcia, by prawidłowo interpretować posiadane dane, wyjaśnia Lafferty.
Eksperci są zainteresowani mikrobiomem jelitowym dzikich zwierząt, gdyż na jego podstawie można ocenić zdrowie i dobrostan populacji. Możemy dzięki temu zrozumieć na przykład, jak zwierzęta reagują na zmiany środowiskowe, stwierdzają naukowcy.
Jednak takie badania nastręczają wiele trudności. Uczeni zastanawiają się na przykład, czy czas i temperatura nie wpływają na skład mikroorganizmów obecnych w odchodach. Czy np. szybko zebrane odchody można porównywać z tymi, zebranymi po kilku dniach?
Autorzy najnowszych badań wybrali amerykańską norkę jako modelowego mięsożercę, gdyż jest to gatunek, który można trzymać w niewoli, żywić standardową dietą, a ich jelita są podobne do jelit innych mięsożerców. W badaniu wzięło udział 5 samców i 5 samic. Wszystkie zwierzęta były w mniej więcej tym samym wieku, były zdrowe, trzymano je oddzielnie i karmiono taką samą dietą.
Odchody były zbierane natychmiast po ich wydaleniu. Każda próbka była dzielona na dwie części. Jedną część przechowywano w temperaturze poniżej temperatury zamarzania, drugą zaś w temperaturze powyżej 21 stopni Celsjusza. Codziennie, przez pięć kolejnych dni, sekwencjonowano DNA mikroorganizmów obecnych w próbkach.
Naukowców czekały dwie niespodzianki. Pierwszą z nich było spostrzeżenie, że ani czas ani temperatura nie powodowały znaczących zmian w mikrobiomie. To dobra wiadomość. Kilkudniowe odchody wciąż dostarczają dokładnych informacji umożliwiających ocenę składu mikrobiomu zwierzęcia, mówi McKennedy.
Drugą niespodzianką było zaś zauważenie dużej różnicy pomiędzy mikrobiomem samców i samic. Obie płci nie tylko mają w jelitach różne gatunki bakterii, lecz także te gatunki, które są dla nich wspólne, różnią się wielkością populacji. Naukowcy nie wiedzą, co jest przyczyną tych różnic.
Większość z obecnych badań nad mikrobiomem było robionych na wszystko- i roślinożercach. Nas interesuje mikrobiom mięsożerców. Sądziliśmy, że u tych zwierząt jest on bardzo prosty. Okazuje się, że tak nie jest, dodaje Lafferty.
Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach Journal of Mammalogy.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Podczas eksperymentu finansowanego przez amerykańskie Narodowe Instytuty Zdrowia naukowcy wyeliminowali u grupy szczurów szumy uszne (tinnitus). Dokonali tego, stymulując nerw błędny (X) i odtwarzając jednocześnie zestaw dźwięków o różnych częstotliwościach. Procedurę powtarzali kilkaset razy dziennie przez kilka tygodni.
Dzwonienie w uszach bardzo uprzykrza ludziom życie, ale dotąd było nieuleczalne. Dotychczasowe terapie generalnie polegały na maskowaniu dźwięku lub nauce ignorowania go – opowiada dr James F. Battey, dyrektor Narodowego Instytutu Głuchoty i Innych Zaburzeń Komunikacyjnych (National Institute on Deafness and Other Communication Disorders, NIDCD). Najnowsza metoda przypomina zaś przyciśnięcie w mózgu guzika reset. Pomaga w ponownym przetrenowaniu części mózgu interpretującej dźwięki. W ten sposób nieprawidłowo działające neurony zostają zawrócone ze złej ścieżki i wracają do swojego pierwotnego stanu. Wskutek tego piszczenie ustaje.
Badania zostały przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Teksańskiego oraz firmy MicroTransponder z Dallas.
Tinnitus to objaw doświadczany przez niektóre osoby w wyniku utraty słuchu. Kiedy komórki czuciowe ucha wewnętrznego ulegają uszkodzeniu, np. pod wpływem głośnego dźwięku, doprowadza to do zmiany sygnału wysyłanego z ucha do mózgu. Z nie w pełni wyjaśnionych przyczyn część pacjentów zaczyna wtedy słyszeć szumy. Sądzimy, że [...] kora słuchowa deleguje za dużo neuronów do pewnych częstotliwości i wtedy wszystko zaczyna iść źle. Jako że zbyt wiele komórek nerwowych przetwarza te same częstotliwości, wyładowują się silniej, niż powinny – tłumaczy dr Michael Kilgard. Poza tym neurony wyładowują się częściej, gdy jest cicho.
Na początku zespół próbował wywołać zmiany w korze słuchowej szczurów, kojarząc stymulację nerwu błędnego z odtwarzaniem pojedynczego dźwięku. Gdy nerw jest pobudzany, wydziela się acetylocholina, norepinefryna i inne związki, które wspomagają zachodzenie zmian w mózgu. Amerykanie chcieli sprawdzić, czy można spowodować, by po pewnym czasie więcej neuronów zaczęło reagować na odtwarzany dźwięk.
Przez 20 dni 300 razy dziennie ośmiu gryzoniom odtwarzano wysoki dźwięk o częstotliwości 9 kiloherców. W czasie, gdy dźwięk wybrzmiewał, elektroda delikatnie stymulowała nerw błędny. Okazało się, że w porównaniu do kontrolnej grupy zwierząt, liczba neuronów dostrojonych do częstotliwości 9 herców wzrosła aż o 79%.
W następnej grupie szczurów ekipa Kilgarda losowo odtwarzała dwa dźwięki – jeden o częstotliwości 4 kHz i drugi o częstotliwości 19 kHz. Nerw błędny stymulowano jednak wyłącznie przy odgrywaniu wyższego dźwięku. O ile liczba komórek nerwowych reagujących na 19 kHz wzrosła o 70%, o tyle w grupie 4-hercowej neuronów wręcz ubyło. W ten sposób wykazano, że nie wystarczy sam dźwięk i trzeba jeszcze pobudzać nerw X.
Na kolejnym etapie eksperymentu badacze sprawdzali, czy można wyeliminować tinnitus u zwierząt wystawionych na oddziaływanie hałasu, zwiększając liczbę neuronów dostrojonych do częstotliwości innej niż częstotliwość szumów usznych. Grupa zwierząt przechodziła więc 300 razy na dobę stymulację nerwu błędnego (ang. vagus nerve stimulation, VNS), połączoną z odtwarzaniem różnych dźwięków o częstotliwości zbliżonej do szumów. Procedurę powtarzano przez ok. 3 tygodnie. Część grupy kontrolnej poddawano VNS, podczas gdy reszta nie robiła nic lub słuchała tylko dźwięków. W obu grupach pomiary przeprowadzono w miesiąc po ekspozycji na hałas, dziesięć dni po rozpoczęciu terapii oraz dzień, tydzień i 3 tygodnie po zakończeniu leczenia.
U gryzoni z grupy eksperymentalnej obiecujące rezultaty występowały na każdym etapie terapii, także w połowie – wszystko wskazuje więc na to, iż tinnitus zniknął. U zwierząt z grupy kontrolnej szumy uszne cały czas były obecne. Gdy naukowcy obserwowali 2 szczury kontrolne i 2 eksperymentalne przez dodatkowe dwa miesiące, u leczonych VNS i dźwiękami osobników korzyści utrzymywały się przez 3,5 miesiąca od potraktowania uszkadzającym słuch hałasem. U szczurów kontrolnych deficyty były nadal zauważalne.
Badanie kory słuchowej zademonstrowało, że w wyniku terapii neurony powróciły do pierwotnego (zdrowego) stanu. W zestawieniu z innymi metodami kluczowa różnica polega więc na tym, że my nie maskujemy szumów, ale przestrajamy mózg ze stanu, kiedy generuje on tinnitus, do stanu, kiedy tego nie robi. Eliminujemy więc źródło – cieszy się Kilgard.
Akademicy nadal pracują nad ulepszeniem techniki. Ustalają, ile częstotliwości trzeba optymalnie zestawić ze stymulacją nerwu, jak długo terapia powinna trwać i czy równie dobrze sprawdzi się ona na nowych, jak i utrzymujących się od dawna przypadkach szumów usznych. W najbliższej przyszłości w Europie rozpoczną się pilotażowe testy metody na ludziach.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Zaburzenia neurologiczne, jak choroba Parkinsona czy epilepsja, są częściowo leczone poprzez głęboką stymulację mózgu. Jednak taka metoda wymaga chirurgicznego wszczepienia implantów. Naukowcy z Washington University poinformowali o opracowaniu nowej techniki precyzyjnego stymulowania wybranych obszarów mózgu za pomocą ultradźwięków. Mogli dzięki niej włączać i wyłączać wybrane neurony, kontrolując motorykę organizmu, bez potrzeby chirurgicznej implementacji urządzenia.
Zespół pracujący pod kierunkiem profesor Hong Chen wykazał, że możliwe jest aktywacji konkretnych rodzajów neuronów za pomocą indukowanych ultradźwiękami zmian temperatury i genetyki. Twórcy nowej techniki nazwali ją sonotermogenetyką.
W trakcie naszych badań dostarczyliśmy dowodów na to, że sonotermogenetyka – biorąc na cel głębokie struktury mózgu – wywołuje reakcję behawioralną u swobodnie przemieszczającej się myszy. Sonotermogenetyka może zmienić nasze podejście do badań neurologicznych i ułatwi opracowanie nowych metod rozumienia i leczenia schorzeń mózgu, mówi Chen.
Najpierw naukowcy, za pomocą wektora wirusowego, dostarczyli do neuronów, wybranych na podstawie cech genetycznych, receptor TRPV1. Następnie za pomocą ultradźwięków o niskiej częstotliwości zmienili temperaturę tych neuronów. Ciepło, o kilka stopni wyższe niż temperatura organizmu, doprowadziło do aktywacji kanału jonowego TRPV1, który zadziałał jak przełącznik umożliwiający aktywowanie i dezaktywowanie neuronów.
Możemy swobodnie przesuwać urządzenie umieszczone na głowie myszy tak, by brać na cel różne miejsca w mózgu. To nieinwazyjna technika, którą można skalować na większe zwierzęta, w tym na człowieka, mówi Yaoheng Yang, główny autor artykułu.
Twórcy sonotermogenetyki już teraz zapewniają, że ich technika jest w stanie brać na cel milimetrowej wielkości struktury w całym mózgu, nie czyniąc przy tym żadnej szkody.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.