Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Chemicy z dwóch amerykańskich uniwersytetów, ulokowanych w Los Angeles oraz Waszyngtonie, po raz pierwszy w historii zaprojektowali i zsyntetyzowali funkcjonalne, całkowicie sztuczne enzymy. Jest to ważny krok naprzód w dziedzinie bioinformatyki, jak i potwierdzenie znaczącego rozwoju wiedzy na temat działania tych biologicznych katalizatorów. Zespół, prowadzony przez prof. Kendalla Houka, doniósł o swoim najnowszym dokonaniu w ostatnim numerze czasopisma Nature.

Umiejętność projektowania enzymów zdolnych do przeprowadzania oczekiwanych reakcji niewątpliwie znajdzie ogromne zastosowanie. Ochrona przed bronią biologiczną, neutralizacja toksyn, udoskonalanie leków - to tylko kilka przykładów potencjalnych korzyści, jakie możemy już niedługo osiągnąć dzięki dalszym badaniom w tej dziedzinie. Prof. Houk komentuje dokonane przez jego zespół odkrycie: Nareszcie jesteśmy w stanie projektować i syntetyzować enzymy zdolne do przeprowadzania reakcji, których żaden znany z natury enzym nie potrafi katalizować. Naczelnym celem naszych badań jest używanie komputerowych metod obliczeniowych w celu takiego rozplanowania ułożenia przestrzennego aminokwasów w strukturze białka, by było ono w stanie przeprowadzić zaplanowaną przez nas reakcję.

Kolejny autor badań, doktorant Jason DeChancie, tłumaczy korzyści płynące ze stosowania enzymów: Enzymy są niezwykle aktywnymi katalizatorami. Pracujemy nad tym, by ujarzmić ich unikalne zdolności i wykorzystać do własnych celów. Chcemy nauczyć się przeprowadzać reakcje, których żaden enzym w naturze nie potrafi katalizować. Te występujące w naturze mają swoje granice funkcjonalności, my zaś chcemy je rozszerzyć.

Połączenie osiągnięć chemii, matematyki oraz fizyki umożliwiło naukowcom zsyntetyzowanie enzymu zdolnego do przeprowadzenia tzw. eliminacji Kempa, zachodzącej pomiędzy zasadami i związkiem organicznym zwanym benzoizooksazolem. Zaledwie dwa tygodnie wcześniej ta sama grupa opublikowała wyniki eksperymentu, w którym udało się przeprowadzić w podobny sposób reakcję aldolową, wchodzącą w skład metabolizmu cukrów.

Obecne badania są ogromnym krokiem naprzód. Jeszcze bowiem kilka lat temu zastosowanie technik obliczeniowych nie przynosiło oczekiwanych rezultatów. Zarówno moc obliczeniowa komputerów, jak i dokładność programów komputerowych symulujących kształt cząsteczek były zbyt niskie. Można jednak wierzyć, że kolejne lata udoskonalania wspomnianej technologii mogą przynieść jeszcze wiele ekscytujących wyników.

Praca nad projektowaniem enzymów jest niezwykle złożonym procesem. Najcięższym jego fragmentem jest wirtualne stworzenie tzw. centrum aktywnego, czyli miejsca w cząsteczce białka, w którym przyłączane są reagujące związki i przeprowadzana jest reakcja. W przypadku przytoczonej wcześniej reakcji aldolowej zadanie było wyjątkowo ciężkie, gdyż na reakcję tę składa się aż sześć kolejnych etapów. Dodatkową trudnością jest potrzeba przeprowadzenia obliczeń o niesamowitej wręcz dokładności, sięgającej jednej setnej nanometra.

Cały projekt, sponsorowany przez amerykańską Agencję Badawcza Zaawansowanych Projektów Obronnych (DARPA, od ang. Defense Advanced Research Projects Agency), trwał aż trzy lata. Zespół badaczy był podzielony na dwie grupy: jedna z nich przewidywała optymalny kształt miejsca aktywnego, a zadaniem drugiej było takie dobranie sekwencji aminokwasów w białku, by tę strukturę wytworzyć. Następnie syntetyzowano gotowy związek chemiczny według wskazań komputera i szukano odpowiedzi na pytanie, czy komputerowy algorytm rzeczywiście doprowadził do produkcji enzymu o oczekiwanej aktywności.

Technologia opracowana przez Amerykanów znajdzie z pewnością wiele zastosowań. Wszystko wskazuje na to, że umożliwi przeprowadzanie licznych reakcji, które dziś są niemożliwe. Pozwoli także obniżyć koszty wielu innych, których wdrożenie na skalę przemysłową jest dziś nieopłacalne. Jak daleko jesteśmy na drodze do zrealizowania tego planu? Jason DeChancie odpowiada: Myślę, że właśnie do tego doszliśmy. Nasze publikacje dowodzą, że naprawdę stało się to możliwe.

Share this post


Link to post
Share on other sites

DARPA nie finansuje wyłącznie projektów o charakterze bojowym. Na podobnej zasadzie Departament Energii nie finansuje wyłącznie badań nad energetyką, lecz był np. bardzo ważnym sponsorem Human Genome Project.

 

Poza tym zwróć uwage na słowo "wszystko wskazuje na to", które wyraźnie ma charakter opinii, a nie bezpośrednio przedstawionego faktu

 

Pozdrawiam.

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
      Naukowcy z Uniwersytetu w Groningen przekształcili nieenzymatyczne białko w nowy sztuczny enzym. W tym celu dodali do niego 2 abiologiczne składowe katalityczne: nienaturalny aminokwas i kompleks z miedzią.
      Enzymy są naturalnymi katalizatorami, działającymi w łagodnych warunkach reakcji. To czyni z nich atrakcyjną alternatywę dla przemysłowej katalizy chemicznej, która może wymagać wysokich temperatur i ciśnień, a także toksycznych rozpuszczalników lub metali. Niestety, nie wszystkie reakcje chemiczne mogą być katalizowane przez naturalne enzymy. Jedną z dostępnych opcji jest modyfikacja istniejących enzymów, jednak prof. Gerard Roelfes uważa, że warto też tworzyć całkiem nowe.
      W 2018 r. jego zespół uzyskał nieenzymatyczne białko, bakteryjny czynnik transkrypcyjny LmrR, który po insercji nienaturalnego aminokwasu p aminofenylalaniny może tworzyć niebiologiczne struktury hydrazonowe. Był to pierwszy enzym, stworzony z wykorzystaniem nienaturalnego aminokwasu jako grupy katalitycznej.
      Tym razem Roelfes i dr Zhi Zhou posłużyli się LmrR i dodali do niego aż 2 abiologiczne składniki katalityczne: ten sam nienaturalny aminokwas, co wcześniej i kompleks zawierający miedź. Oba mogą aktywować partnerów do reakcji Michaela. By wydajnie i wybiórczo katalizować tę reakcję, oba muszą się jednak znajdować we właściwej pozycji. Zwykłe dodanie obu komponentów do probówki by nie zadziałało: w rzeczywistości, gdyby znalazły się zbyt blisko siebie, wzajemnie by się znosiły.
      Kompleks zawierający miedź "przyczepia się" do LmrR za pośrednictwem oddziaływań supramolekularnych. Jego położenie jest determinowane przez interakcje z białkiem. Na podstawie tej pozycji ustaliliśmy [z kolei], gdzie by uzyskać miejsce aktywne, powinno się przeprowadzić insercję p aminofenylalaniny. Kiedy stworzono już nowy enzym, potwierdziły się przypuszczenia Roelfesa: dostosowane białko było bardzo wybiórczym katalizatorem reakcji Michaela.
      To było badanie potwierdzające słuszność koncepcji. Na razie enzym nie jest jeszcze wystarczająco szybki do zastosowań praktycznych, ale za pomocą standardowych technik, takich jak ewolucja ukierunkowana, można to zmienić.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W ubiegłym roku DARPA (Agencja Badawcza Zaawansowanych Projektów Obronnych) ogłosiła warty 1,5 miliarda dolarów program Electronic Resurgence Initiative (ERI). Będzie on prowadzony przez pięć lat, a w jego wyniku ma powstać technologia, która zrewolucjonizuje sposób projektowania i wytwarzania układów scalonych. Przeznaczona nań kwota jest czterokrotnie większa, niż typowe wydatki DARPA na projekty związane ze sprzętem komputerowym.
      W ostatnich latach postęp w dziedzinie sprzętu wyraźnie nie nadąża za postępem w dziedzinie oprogramowania. Ponadto Stany Zjednoczone obawiają się, że gdy przestanie obowiązywać Prawo Moore'a, stracą obecną przewagę na polu technologii. Obawa ta jest tym większa, że inne państwa, przede wszystkim Chiny, sporo inwestują w przemysł IT. Kolejny problem, to rosnąc koszty projektowania układów scalonych.
      Jednym z celów ERI jest znaczące skrócenie czasu projektowania chipów, z obecnych lat i miesięcy, do dni. Ma to zostać osiągnięte za pomocą zautomatyzowania całego procesu wspomaganego technologiami maszynowego uczenia się oraz dzięki nowym narzędziom, które pozwolą nawet mało doświadczonemu użytkownikowi na projektowanie wysokiej jakości układów scalonych.
      Obecnie nikt nie potrafi zaprojektować nowego układu scalonego w ciągu 24 godzin bez pomocy człowieka. To coś zupełnie nowego, mówi Andrew Kahng z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, który stoi na czele jednego z zespołów zakwalifikowanych do ERI. Próbujemy zapoczątkować w elektronice rewolucję na miarę tej, jakiej dokonały browary rzemieślnicze na rynku sprzedaży piwa, stwierdził William Chapell, którego biuro z ramienia DARPA odpowiada za ERI. Innymi słowy, DARPA chce, by małe firmy mogły szybko i tanio projektować i produkować wysokiej jakości układy scalone bez polegania na doświadczeniu, zasobach i narzędziach dostarczanych przez rynkowych gigantów.
      Gdy Prawo Moore'a przestanie obowiązywać, najprawdopodobniej będziemy potrzebowali nowych materiałów i nowych sposobów na integrację procesora z układami pamięci. Ich znalezienie to jeden z celów ERI. Inny cel to stworzenie takiego sposobu integrowania ze sobą procesora i pamięci, który wyeliminuje lub znacząco ograniczy potrzebę przemieszczania danych pomiędzy nimi. W przyszłości zaś miałby powstać chip, który w tym samym miejscu będzie przechowywał dane i dokonywać obliczeń, co powinno znacząco zwiększyć wydajność i zmniejszyć pobór energii. DARPA chce też stworzyć sprzęt i oprogramowanie, które mogą być rekonfigurowane w czasie rzeczywistym do nowych zadań.
      Niektóre założenia ERI pokrywają się z tym, nad czym pracuje obecnie prywatny przemysł komputerowy. Przykładem takiego nakładania się jest próba stworzenia technologii 3-D system-on-chip. Jej zadaniem jest przedłużenie obowiązywania Prawa Moore'a za pomocą nowych materiałów jak np. węglowe nanorurki oraz opracowania lepszych sposobów łączenia ze sobą poszczególnych elementów układu scalonego.
      Podnoszą się jednak głosy mówiące, że DARPA i inne agendy rządowe wspierające badania IT, takie jak np. Departament Energii, powinny przeznaczać więcej pieniędzy na takie projekty. Profesor Erica Fuchs z Carnegie Mellon University zauważa, że prywatne przedsiębiorstwa skupiają się obecnie na bardziej wyspecjalizowanych zastosowaniach i mniej chętnie biorą udział w dużych wspólnych projektach. Zdaniem uczonej wysiłki amerykańskich agend rządowych w tym zakresie są o rząd wielkości za małe w stosunku do wyzwań, które czekają nas w najbliższej przyszłości.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Jackson Laboratory prowadzili badania na młodych myszach z genetyczną podatnością na jaskrę. Zauważyli, że jednorazowe potraktowanie pojedynczego oka promieniami rentgena zapewnia przeważnie całkowitą ochronę przed chorobą prowadząca do postępującego i nieodwracalnego uszkodzenia nerwu wzrokowego i komórek zwojowych siatkówki. W dodatku ochronę na całe życie...
      Doktorzy Gareth Howell i Simon John posłużyli się też metodami genomicznymi, które miały pozwolić określić, jakie szlaki ulegają zmianie na samym początku choroby.
      Około 10 lat temu laboratorium Johna wykazało, że przygotowujące do przeszczepu szpiku kostnego napromienianie całego ciała zapewnia ochronę przed jaskrą. Rok później jaskry nie wykryto w 97% napromienianych oczu, w porównaniu do 20% oczu w grupie kontrolnej. Niecodzienne spostrzeżenie pokrywa się z obserwacjami epidemiologów śledzących losy osób, które przeżyły zrzucenie bomb atomowych na Nagasaki i Hiroszimę. O ile ekspozycja na promieniowanie zwiększała zapadalność na raka tarczycy i inne nowotwory, o tyle wydawała się chronić przed jaskrą.
      Ostatnie badanie laboratorium Johna demonstruje, że zabezpieczająco działa również napromienianie pojedynczego oka. W dodatku sprawdzają się dawki niższe niż zastosowane poprzednio. Zanim jednak przejdziemy do działań na ludziach, trzeba przeprowadzić badania na innych modelach zwierzęcych. Pozwolą one na ocenę skuteczności oraz bezpieczeństwa tego typu zabiegów.
      Studium wykazało, że w odpowiedzi na wczesny stres tkankowy do nerwu wzrokowego i siatkówki migrują monocyty, które wydzielają substancje uszkadzające nerw wzrokowy. Wnikanie monocytów, największych z leukocytów, wydaje się częściowo kontrolowane przez komórki śródbłonka, a więc wysoce wyspecjalizowaną wyściółkę naczyń. Radioterapia zmienia reakcję komórek endothelium na stres.
      Choć potrzeba dalszych badań, by zrozumieć, w jaki sposób napromienianie zapewnia długoterminową ochronę, wydaje się, że utrudnia ono przyleganie i migrację monocytów w rejony oka podatne na uszkodzenie nerwu - podsumowuje Howell.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Amerykańska DARPA (Agencja Badawcza Zaawansowanych Projektów Obronnych) stworzyła najszybszego na świecie czworonożnego robota. Urządzenie pędzi z prędkością do 29 km/h. Poprzedni rekord prędkości dla tego typu robotów został ustanowiony w 1989 roku i wynosił 21 km/h.
      Cheetach (Gepard), bo tak nazwano robota, wzoruje swoje ruchy na sposobie poruszania się prawdziwych czworonożnych zwierząt.
      Wspomniane 29 km/h to prawdopodobnie nie koniec możliwości czworonożnych robotów. Gdy w lutym 2011 roku DARPA zamówiła Cheetah o określiła jego specyfikację, Marc Raibert, prezes firmy Boston Dynamics stwierdził, że nie widzi powodu, dla którego robot nie mógłby osiągać takiej prędkości jak prawdziwy gepard. Oczywiście opracowanie takiego urządzenia zajmie jeszcze sporo czasu, jednak nie jest niemożliwe.
      Na razie Cheetah porusza się na automatycznej bieżni w laboratorium. Jeszcze w bieżącym roku ma powstać wersja poruszająca się poza ośrodkiem badawczym.
       
    • By KopalniaWiedzy.pl
      DARPA, amerykańska Agencja Badawcza Zaawansowanych Projektów Obronnych, ujawniła, że w swoim najnowszym budżecie przeznaczyła 7 milionów dolarów na projekt „Avatar“. Nazwa nie jest przypadkowa. W ramach programu Avatar będą prowadzone prace nad programami i algorytmami, które pozwolą na zapewnienie żołnierzowi towarzystwa dwunożnej półautonomicznej maszyny, która będzie działała w jego zastępstwie - czytamy w dokumentach DARPA. Urządzenie ma być na tyle inteligentne i zręczne, by móc zastąpić człowieka podczas takich zadań jak walka w pomieszczeniach, kontrola jeńców i wynoszenie rannych z pola walki.
      Warto tutaj przypomnieć, że na zlecenie DARPA trwają już prace nad humanoidalnym Petmanem czy opisywanym przez nas AlphaDogiem.
      Swoją drogą, niedawno pokazano film, na którym widać AlphaDoga podczas prób terenowych. Urządzenie niosło 180-kilogramowy ładunek, było w stanie przejść 32 kilometry na jednym ładowaniu baterii i bez przeszkód podążało za ludzkim przewodnikiem.
      Avatar, jak wspomniano, ma być urządzeniem półautonomicznym, a to oznacza, że w pewnym stopniu będzie on sterowany przez operatora. Na razie nie wiadomo, jak miałoby się to odbywać. Jednak w przeszłości DARPA prowadziła udane eksperymenty z kontrolowaniem robotów za pomocą myśli.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...