Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Polscy naukowcy odkryli, co nie zmienia się w komórkach

Recommended Posts

W żywych komórkach niezmienne wydaje się być tylko to, że stale się zmieniają. Naukowcom z IChF PAN udało się jednak wykazać, że istnieje w nich pewna wartość, która się nie zmienia. To lepkość. Te badania, choć podstawowe, mogą przyczynić się do powstania zupełnie nowych metod diagnostycznych i leczniczych.

Wydawałoby się, że w trakcie życia komórki, replikacji DNA, tworzenia białek, ciągłych zmian ich ilości, metabolitów itp. zachodzą w komórce tak drastyczne przemiany, że ta lepkość, związana ze stosunkiem ilości wody do ilości biologicznych cząsteczek w komórce, powinna się zmieniać.

Tak myślało zresztą wielu naukowców, w tym i sami autorzy pracy opublikowanej w Scientific Reports. Chcieliśmy zbadać, jak zmienia się lepkość cytoplazmy w rozmaitych ważnych momentach życia komórki, np. w trakcie podziału. To dlatego wynik, czyli stałość lepkości był dla nas zupełnym zaskoczeniem, opowiada dr Karina Kwapiszewska.

Samo sprawdzanie było procesem trudnym i żmudnym. Pełen cykl komórkowy trwa bowiem około 24 godzin, a choć można komórki zsynchronizować niczym tancerki w balecie, czyli sprawić, żeby wszystkie dzieliły się w miarę równocześnie, to nie da się namówić ich, żeby poczekały aż obserwator zrobi im zdjęcie. Będą nieprzerwanie tańczyć do wewnętrznej muzyki. Tu duży ukłon dla mojego kolegi, dr. Krzysztofa Szczepańskiego, który niejedną noc spędził w pracy robiąc pomiary za pomocą spektroskopii korelacji fluorescencji. Trzeba je robić co pół godziny w trakcie trwania całego cyklu komórkowego, a komórka przecież nie zaczeka do rana, żeby się podzielić, mówi dr Kwapiszewska. Dzięki niemu i jego wytrwałości mieliśmy zmapowaną lepkość w trakcie całego cyklu. I to w odpowiedniej liczbie powtórzeń. Tylko tak mogliśmy udowodnić, że to, co zmierzyliśmy to rzeczywisty parametr, a nie artefakt, dodaje.

Co więcej, naukowcy z IChF PAN odkryli, że lepkość pozostaje stała niezależnie od tego, czy to komórka płuc czy np. wątroby, choć to bardzo różne tkanki. A skoro jest stała, to znaczy, że do czegoś to musi być komórce potrzebne. Zwłaszcza, że wielkość samych komórek może się w obrębie jednej populacji (np. komórek skóry) zmieniać nawet dziesięciokrotnie i to nie ma dla nich aż takiego znaczenia, jak lepkość. Musi być więc mechanizm, który to reguluje.Lepkość ośrodka ma zapewne duże znaczenie dla procesów biochemicznych. Prosto mówiąc, im większa lepkość, tym trudniej cząsteczkom się spotkać, żeby doszło do reakcji. Komórka musi aktywnie regulować tę lepkość, bo inaczej reakcje w pewnych warunkach zachodziłyby wolniej a w innych szybciej. A gdyby któraś z reakcji za bardzo zwolniła –cały układ mógłby się posypać i komórka już nigdy nie wróciłaby do równowagi.

W jednej z wcześniejszych prac naszego zespołu (Sozański et. al., Phys Rev Lett 2015) wykazano, że wystarczy zwiększyć lepkość tylko 6 razy (to naprawdę niewiele), by zatrzymać w komórce cały transport aktywny, wyjaśnia dr Kwapiszewska. I tu dochodzimy do potencjalnych, choć na razie odległych, zastosowań odkrycia. Skoro wzrost lepkości hamuje procesy życiowe w komórce, to może da się to wykorzystać na przykład do tworzenia terapeutyków przeciwko komórkom nowotworowym. Takich, które wykorzystywałyby procesy fizyczne zamiast np. hamować replikację DNA. Podejrzewamy też, że część chorób neurodegeneracyjnych może być spowodowana lokalnym wzrostem lepkości w komórkach, mówi autorka. Jej wyrównanie mogłoby więc być sposobem na powstrzymanie uszkodzeń w chorobie Parkinsona czy Alzheimera i poprawić rokowanie chorych. Teraz badacze chcą się dowiedzieć, jak zmienia się lepkość w trakcie śmierci komórkowej i czy ta zmiana lepkości jest skutkiem, czy też przyczyną samego procesu


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Daje do myślenia, są np. różnice mechaniczne między komórkami - ponoć często można rozróżniać nowotworowe mikroskopem sił atomowych ponieważ mają słabiej rozwinięty cytoszkielet.

Lepkość mówi o stężeniach, są mechanizmy utrzymujące stałe stężenia jonów jak pompa sodowa-potasowa, wymagająca aktywnego użycia energii (ATP).

Bardzo ważne jest też stężenie wody - błona komórkowa jest dość dobrze przepuszczalna dla niej, co wydaje się kluczowe dla wyrównania stężenia w całym organizmie (?)

W cytozolu jest bardzo gęsto od białek - które zwykle mają ujemne sprzężenia zwrotne regulujące ich stężenia.

Zaburzenia tych sprzężeń zwrotnych mogą prowadzić do patologicznych stężeń - szczególnie nadmiarowych jak przy prionach: system hamujący produkcję nie rozpoznaje zdeformowanych białek, prowadząc do złogów - pewnie też zwiększonej lepkości (skutek). Ale próba naprawiania lepkości tutaj byłaby trochę jak leczenie objawowe - chyba lepiej celować bezpośrednio w patologiczny mechanizm (?)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Prawie 50 lat temu Primo Levi napisał opowiadanie „Najlepsza jest woda”. Chemik z wykształcenia opisał możliwe konsekwencje zmiany lepkości wody, w tym koniec życia na Ziemi.

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
      Wyspy Cooka, które są samorządnym terytorium zrzeszonym Nowej Zelandii, rozważają zmianę nazwy na taką, która podkreślałaby polinezyjskie dziedzictwo. Obecna nazwa upamiętnia angielskiego żeglarza Jamesa Cooka, który wylądował tu w XVIII w.
      Komitet rozważa ponad 60 opcji z języka maoryskiego Wysp Cooka (języka rarotonga), np. Rangiaroa (dosł. miłość z niebios) czy Raroatua (chronieni przez boga).
      Gdy członkowie komitetu, m.in. historycy Wysp Cooka i ludzie zorientowani w tradycji, się spotkali podjęto decyzję, że czas na zmianę nazwy terytorium - opowiada szef grupy Danny Mataroa i dodaje, że nowa nazwa będzie odzwierciedlać historię, ale i przekonania religijne mieszkańców.
      Plany te są popierane przez wicepremiera Marka Browna, który w wywiadzie udzielonym Radiu Nowa Zelandia powiedział, że z radością przyjmie tradycyjną nazwę.
      Ponieważ w referendum przeprowadzonym w 1994 r. mieszkańcy opowiedzieli się przeciwko zmianie nazwy, konieczne jest wdrożenie nowego, a cały proces potrwa, wg Mataroy, ok. 2 lat.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Od roku 1920 powierzchnia Sahary powiększyła się o około 10 procent, informują naukowcy z University of Maryland. Nie można wykluczyć, że zwiększa się też powierzchnia innych pustyń.
      Pustynie są zwykle definiowane jako obszary o niskich średnich opadach. Przeciętnie za granicę takich opadów przyjmuje się 100 milimetrów rocznie. Naukowcy przeanalizowali dane dotyczące opadów w Afryce w latach 1920-2013 i doszli do wniosku, że w tym czasie powierzchnia Sahary wzrosła o 10%, jeśli popatrzymy na trendy całoroczne. Jeśli jednak przyjrzymy się porom roku, to okaże się, że opady w lecie zmniejszyły się tak bardzo, iż sezonowo Sahara zwiększyła swoją powierzchnię o 16%.
      Wyniki naszych badań dotyczą Sahary, jednak prawdopodobnie mają przełożenie na inne pustynie na świecie, mówi profesor Sumant Nigam, główny autor badań.
      Za rozszerzanie się Sahary odpowiada zmiana klimatu oraz naturalne cykle klimatyczne, takie jak atalntycka oscylacja wielodekadowa (Atlantic Multidecadal Oscillation – AMO). Zasięg pustyni zmienia się w czasie, a najbardziej widoczne jest jej rozszerzanie się na północ i południe.
      Ekspansja Sahary na południe niszczy stopniowo Sahel, jego sawanny i tamtejsze społeczności ludzkie. Najbardziej widocznym skutkiem tego procesu są zmiany, jakie zachodzą w jeziorze Czad. Znajduje się ono na granicy stref klimatycznych. Basen jeziora Czad znajduje się w regionie, gdzie Sahara rozszerza się na południe. Jezioro wysycha. To dobrze widoczny przykład zmniejszających się opadów w całym basenie, wyjaśnia Nigam.
      Na opady na Saharze i Sahelu ma wpływ wiele znanych cykli klimatycznych. Wspomniany już AMO zmienia się w ciągu 50-70 lat pomiędzy fazą ciepłą a chłodną. W fazie chłodnej mamy do czynienia z mniejszą ilością opadów. Susze na Sahelu, które miały miejsce pomiędzy latami 50. a 80. ubiegłego wieku były właśnie wywołane przez chłodną fazę AMO. Wpływ na Afrykę Północną ma również pacyficzna oscylacja dekadowa (PDO), która zmienia się co 40-60 lat.
      Badacze chcieli sprawdzić, czy i globalne ocieplenie może mieć wpływ na spadek opadów. W tym celu z modeli klimatycznych usunęli wpływ AMO i PDO w latach 1920-2013. Obliczenia wykazały, że oba cykle klimatyczne odpowiadają za około 2/3 rozszerzania się Sahary, a 1/3 można przypisać globalnemu ociepleniu. Naukowcy podkreślają jednocześnie, że do wyciągnięcia ostatecznych wniosków potrzebowalibyśmy danych klimatycznych z dłuższego okresu.
      Powyższe badania są jednak o tyle istotne, że jeśli rzeczywiście wskazują na rozszerzanie się światowych pustyń, a proces ten jest przynajmniej częściowo napędzany globalnym ociepleniem, to musimy brać pod uwagę, że będzie ubywało ziemi uprawnej, a ludności na świecie wciąż przybywa. Afrykańskie gorące lata są coraz cieplejsze, opady deszczu coraz bardziej skąpe i jest to powiązane m.in. z gazami cieplarnianymi i aerozolami w atmosferze. Zjawiska te mają dewastujących wpływ na mieszkańców Afryki, którzy są zależni od rolnictwa, zauważa Ming Cai, dyrektor w Wydziale Nauk Atmosferycznych i Geograficznych Narodowej Fundacji Nauki, który sfinansował badania.
      Uczeni chcą dowiedzieć się więcej o czynnikach powodujących rozszerzanie się Sahary. Tutaj chcieliśmy udokumentować długoterminowe trendy temperatury i opadów na Saharze. W kolejnym etapie badań będziemy chcieli dowiedzieć się, co wywołuje te trendy zarówno na Saharze jak i gdzie indziej. Już zaczęliśmy badać sezonowe trendy temperaturowe w Ameryce Północnej. Tutaj zimy stają się coraz cieplejsze, ale lata pozostają takie, jak były. W Afryce zachodzi zjawisko odwrotne. Temperatury zimowe pozostają bez zmian, a lata są coraz cieplejsze. Problemy Afryki są więc poważniejsze, stwierdza jedna z badaczek, Natalie Thomas.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Wystawienie na oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez telefon komórkowy wpływa na rozwój mózgu płodu, co potencjalnie może doprowadzić do nadaktywności.
      Zespół z Uniwersytetu Yale prowadził badania na myszach. Wyniki badań ukazały się w Scientific Reports. To pierwszy eksperymentalny dowód, że ekspozycja płodów na fale radiowe z komórek wpływa [...] na zachowanie dorosłych - twierdzi dr Hugh S. Taylor.
      Nad klatką ciężarnych myszy umieszczano wyciszony telefon komórkowy, który w czasie eksperymentu nawiązywał połączenie. Gryzonie z grupy kontrolnej trzymano w takich samych warunkach, ale telefon nie działał.
      Amerykanie oceniali aktywność mózgu dorosłych myszy. Zbadano je też za pomocą baterii testów psychologicznych i behawioralnych. Okazało się, że zwierzęta, które jako płody poddawano oddziaływaniu promieniowania elektromagnetycznego, były hiperaktywne, miały też zmniejszoną pojemność pamięciową. Wg Taylora, jest to skutkiem zaburzenia rozwoju neuronów z kory przedczołowej.
      Wykazaliśmy, że u myszy problemy behawioralne przypominające ADHD są spowodowane ekspozycją na promieniowanie elektromagnetyczne telefonów komórkowych. Wzrost częstości występowania zaburzeń zachowania u dzieci może [więc] po części być skutkiem ekspozycji na fale radiowe w okresie życia płodowego.
      Ekipa z Yale podkreśla, że potrzebne są badania na ludziach, by określić bezpieczny poziom ekspozycji w ciąży i lepiej zrozumieć wchodzący w grę mechanizm. Tamir Aldad podkreśla, że ciąża gryzoni trwa tylko 19 dni i młode rodzą się z mniej rozwiniętym mózgiem, dlatego należy sprawdzić, czy ewentualne ryzyko byłoby podobne. By oddać potencjalną ludzką ekspozycję, w ostatnim studium wykorzystano telefony komórkowe, ale w przyszłości do bardziej precyzyjnego zdefiniowania poziomu ekspozycji posłużymy się standardowymi generatorami pola magnetycznego.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Korzystanie z telefonu komórkowego sprawia, że chwilę potem ludzie stają się mniej prospołeczni.
      Prof. Anastasiya Pocheptsova i Rosellina Ferraro oraz student Ajay T. Abraham z University of Maryland przeprowadzili serię eksperymentów, w których ustalili, że po krótkim okresie korzystania z telefonu komórkowego badani wykazywali mniejszą chęć zostania wolontariuszem w lokalnej służbie społecznej, gdy ich o to poproszono. Poza tym szybciej przestawali się zajmować rozwiązywaniem zagadek słownych, mimo że wiedzieli, że poprawne odpowiedzi przekładają się na datek dla organizacji charytatywnej.
      Ograniczenie tendencji do skupiania się na innych następowało nawet wtedy, gdy uczestników studium proszono o narysowanie własnych telefonów komórkowych i pomyślenie o korzystaniu z nich.
      W eksperymentach wzięło udział kilka grup studentów college'u, a więc kobiety i mężczyźni tuż po dwudziestce. Możemy się [jednak] spodziewać podobnych efektów w innych grupach wiekowych. Biorąc pod uwagę coraz większe rozpowszechnienie komórek, należy się liczyć ze skutkami społecznymi na szeroką skalę - uważa Ferraro.
      Skąd bierze się spadek tendencji prospołecznych? Telefon komórkowy bezpośrednio wywołuje uczucie łączności z innymi, zaspokajając podstawową ludzką potrzebę przynależności. Później nie trzeba więc już podejmować wysiłków, by funkcjonować jako część społeczności czy pomagać innym. Psycholodzy ustalili, że łączność jest tu kluczem. Kiedy w jednym z eksperymentów porównywano użytkowników telefonów oraz Facebooka, okazało się, że za pośrednictwem komórki ludzie czuli się bardziej związani z otoczeniem.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Przed pięcioma laty informowaliśmy o stworzeniu przez Massachusetts Institute of Technology technologii bezprzewodowego przesyłania prądu - Witricity. Teraz firma o tej samej nazwie zapowiada, że jej pierwsze urządzenia trafią na rynek jeszcze w bieżącym roku.
      Eric Giler, prezes firmy, dokonał pokazu dla dziennikarzy. Skierował pilota na niewielki czarny panel przymocowany do ściany, a naciśnięcie przycisku spowodowało, że zapaliły się trzy lampki, a leżący na biurku komputer przenośny zaczął się ładować Panelu z lampkami i komputerem nie łączył żaden kabel, energia przesyłana była bezprzewodowo.
      Witricity zapewnia, że pierwszy produkt firmy, urządzenie służące do bezprzewodowego zasilania elektroniki przenośnej, znajdzie się w sklepach jeszcze w bieżącym roku. Za rok lub dwa właściciele samochodów elektrycznych dostaną do swoich rąk urządzenie, które pozwoli na ładowanie akumulatorów bez potrzeby podłączania samochodu kablami. Później mogą pojawić się urządzenia do bezprzewodowego ładowania rozruszników serca i innych implantów.
      Pomysł na bezprzewodowe przesyłanie prądu nie jest nowy. Pierwsze urządzenia prezentował Nikola Tesla przed stu laty. Od pewnego czasu są dostępne np. specjalne maty, które zapewniają energię myszkom komputerowym. Jednak wszystkie tego typu sprzedawane już urządzenia mają poważną wadę - wymagają fizycznego kontaktu z ładowanym urządzeniem. Nie jest to zatem dużo wygodniejsze niż podłączanie urządzenia do prądu.
      Przesyłanie prądu na odległość zakłada wykorzystanie pola magnetycznego. Przepuszcza się prąd przez cewkę, co powoduje powstanie takiego pola. Gdy w bezpośrednim sąsiedztwie mamy podobną cewkę, również i w niej pojawia się pole magnetyczne, generujące prąd elektryczny. Wystarczy jednak obie cewki od siebie odsunąć, by wydajność tej metody przekazywania energii gwałtownie spadła. Dlatego też wymagany jest obecnie bezpośredni kontakt urządzenia ładującego z ładowanym.
      Witricity radzi sobie z tym problemem dobierając precyzyjnie częstotliwość drgań każdej cewki, dzięki czemu straty są minimalne. Odległość, na jaką można w ten sposób przekazać energię zależy od wielkości cewki. Małe cewki, mieszczące się np. w telefonach komórkowych, pozwolą na efektywne ładowanie ich z odległości kilkunastu centymetrów. Witricity pokazało jednak prototypy pozwalające na przesyłanie energii na odległość około metra. Co prawda można przesyłać też energię za pomocą laserów i mikrofal, jednak po pierwsze oba urządzenia muszą znajdować się wówczas na wprost siebie, a po drugie są do metody niebezpieczne. Możliwe jest także zwiększenie odległości używając dodatkowych cewek pośredniczących. Podczas pokazu urządzonego przez Gilera cewki umieszczono też pod dywanem pomieszczenia, co pozwoliło na ładowanie komputera i zapalanie lampek na większą odległość.
      Witricity opracowało też prototypowy stół ładujący położone na nim urządzenia nawet wówczas, gdy znajdują się w torbie czy pudełku. Stworzyło też prototypową myszkę i klawiaturę ładowaną bezprzewodowo z monitora komputerowego. Firma podpisała wielomilionowy kontrakt z Toyotą na opracowanie systemu do bezprzewodowego ładowania samochodów elektrycznych.
      Witricity to jedna z wielu firm pracujących nad tego typu technologiami. Co więcej powstają nawet pomysły ładowania samochodów elektrycznych będących w ruchu. Utah State University otrzymało federalny grant w wysokości 2,7 miliona dolarów, dzięki któremu na przystankach autobusowych w Utah powstają urządzenia bezprzewodowo ładujące autobusy. Z kolei badacze z Oak Ridge National Laboratory i Stanford University pracują nad systemem cewek wbudowanych w drogi. Zapewniałyby one przejeżdżającemu pojazdowi wystarczająco dużo energii, by mógł dojechać do kolejnego zestawu cewek znajdującego się milę dalej. Umieszczone przy cewkach urządzenie wykrywałoby nadjeżdżający pojazd i rozpoczynało jego ładowanie. Specjaliści oceniają, że każdy z takich zestawów cewek kosztowałby mniej niż milion dolarów.
      Bezprzewodowe ładowanie pojazdów elektrycznych jest niezwykle wygodne. Nie musisz zmagać się z kablami, nie przejmujesz się pogodą, nawet nie musisz pamiętać o tym, by załadować samochód. Myślę, że ten pomysł szybko chwyci - mówi John Miller z Oak Ridge.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...