Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Po raz pierwszy stworzono molekułę, która na żądanie otwiera barierę krew-mózg
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Medycyna
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Wszystkie organizmy żywe wykorzystują metale w czasie podstawowych funkcji życiowych, od oddychania po transkrypcję DNA. Już najwcześniejsze organizmy jednokomórkowe korzystały z metali, a metale znajdziemy w niemal połowie enzymów. Często są to metale przejściowe. Naukowcy z University of Michigan, California Institute of Technology oraz University of California, Los Angeles, twierdzą, że żelazo było tym metalem przejściowym, który umożliwił powstanie życia.
Wysunęliśmy radykalną hipotezę – żelazo było pierwszym i jedynym metalem przejściowym wykorzystywanym przez organizmy żywe. Naszym zdaniem życie oparło się na tych metalach, z którymi mogło wchodzić w interakcje. Obfitość żelaza w pierwotnych oceanach sprawiła, że inne metale przejściowe były praktycznie niewidoczne dla życia, mówi Jena Johnson z University of Michigan.
Johnson połączyła siły z profesor Joan valentine z UCLA i Tedem Presentem z Caltechu. Profesor Valentine od dawna bada, jakie metale wchodziły w skład enzymów u wczesnych form życia, umożliwiając im przeprowadzanie niezbędnych procesów życiowych. Od innych badaczy wielokrotnie słyszała, że przez połowę historii Ziemi oceany były pełne żelaza. W mojej specjalizacji, biochemii i biochemii nieorganicznej, w medycynie i w procesach życiowych, żelazo jest pierwiastkiem śladowym. Gdy oni mi powiedzieli, że kiedyś nie było pierwiastkiem śladowym, dało mi to do myślenia, mówi uczona.
Naukowcy postanowili więc sprawdzić, jak ta obfitość żelaza w przeszłości mogła wpłynąć na rozwój życia. Ted Present stworzył model, który pozwolił na sprecyzowanie szacunków dotyczących koncentracji różnych metali w ziemskich oceanach w czasach, gdy rozpoczynało się życie. Najbardziej dramatyczną zmianą, jaka zaszła podczas katastrofy tlenowej, nie była zmiana koncentracji innych metali, a gwałtowny spadek koncentracji żelaza rozpuszczonego w wodzie. Nikt dotychczas nie badał dokładnie, jaki miało to wpływ na życie, stwierdza uczona.
Badacze postanowili więc sprawdzić, jak przed katastrofą tlenową biomolekuły mogły korzystać z metali. Okazało się, że żelazo spełniało właściwie każdą niezbędną rolę. Ich zdaniem zdaniem, ewolucja może korzystać na interakcjach pomiędzy jonami metali a związkami organicznymi tylko wówczas, gdy do interakcji takich dochodzi odpowiednio często. Obliczyli maksymalną koncentrację jonów metali w dawnym oceanie i stwierdzili, że ilość jonów innych biologiczne istotnych metali była o całe rzędy wielkości mniejsza nią ilość jonów żelaza. I o ile interakcje z innymi metalami w pewnych okolicznościach mogły zapewniać ewolucyjne korzyści, to - ich zdaniem - prymitywne organizmy mogły korzystać wyłącznie z Fe(II) w celu zapewnienia sobie niezbędnych funkcji spełnianych przez metale przejściowe.
Valentine i Johnson chciały sprawdzić, czy żelazo może spełniać w organizmach żywych te funkcje, które obecnie spełniają inne metale. W tym celu przejrzały literaturę specjalistyczną i stwierdziły, że o ile obecnie życie korzysta z innych metali przejściowych, jak cynk, to nie jest to jedyny metal, który może zostać do tych funkcji wykorzystany. Przykład cynku i żelaza jest naprawdę znaczący, gdyż obecnie cynk jest niezbędny do istnienia życia. Pomysł życia bez cynku był dla mnie trudny do przyjęcia do czasu, aż przekopałyśmy się przez literaturę i zdałyśmy sobie sprawę, że gdy nie ma tlenu, który utleniłby Fe(II) do Fe(III) żelazo często lepiej spełnia swoją rolę w enzymach niż cynk, mówi Valentine. Dopiero po katastrofie tlenowej, gdy żelazo zostało utlenione i nie było tak łatwo biologicznie dostępne, życie musiało znaleźć inne metale, które wykorzystało w enzymach.
Zdaniem badaczy, życie w sytuacji powszechnej dostępności żelaza korzystało wyłącznie z niego, nie pojawiła się potrzeba ewolucji w kierunku korzystania w innych metali. Dopiero katastrofa tlenowa, która dramatycznie ograniczyła ilość dostępnego żelaza, wymusiła ewolucję. Organizmy żywe, by przetrwać, musiały zacząć korzystać z innych metali. Dzięki temu pojawiły się nowe funkcje, które doprowadziły do znanej nam dzisiaj różnorodności organizmów żywych.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Ból to pożyteczny sygnał alarmowy, informujący nas o uszkodzeniu tkanek czy chorobie i skłaniający do wycofania się z nieprzyjemnej sytuacji oraz poszukania pomocy u lekarza. Gdy rana się zagoi, ból powinien ustąpić, ale wiele osób cierpi na ból nawet po całkowitym zagojeniu się rany. Co więcej, olbrzymia liczba osób na całym świecie zmaga się z chronicznym bólem, któremu w wielu przypadkach nie potrafimy przypisać żadnej przyczyny w postaci zranienia czy choroby.
Mimo że z chronicznym bólem zmagają się miliony ludzi, wciąż jest on jednym z najsłabiej zarządzanych przez medycynę problemów zdrowotnych. Na łamach Science Translational Medicine ukazał się artykuł, którego autorzy informują o potencjalnych nowych metodach leczenia chronicznego bólu, a metody w zaskakujący sposób wiążą się z... nowotworem płuc. Autorami odkrycia są naukowcy z Instytutu Biotechnologii Molekularnej Austriackiej Akademii Nauk, Wydziału Medycyny Uniwersytetu Harvarda oraz Boston Children's Hospital.
Już poprzednio wykazaliśmy, że neurony wytwarzają specyficzny metabolit, BH4, który napędza takie rodzaje chronicznego bólu jak ból neuropatyczny czy zapalny. Stężenie BH4 bardzo dobrze korelowało z intensywnością bólu. Uznaliśmy więc szlak sygnałowy BH4 za dobry cel poszukiwania nowych terapii przeciwbólowych, mówi Shane Cronin z Instytutu Biotechnologii Molekularnej.
Naukowcy zaczęli więc poszukiwanie leków, które mogłyby obniżyć poziom BH4 w neuronach. W tym celu dokonali „analizy fenotypowej” 1000 substancji leczniczych zatwierdzonych przez FDA. Analiza ta pozwoliła im na poszukiwanie konkretnych, obecnych już na rynku, leków, które mogłyby pomóc. Analiza pozwoliła np. połączyć znane przeciwbólowe działanie niektórych substancji, jak kapsaicyna czy klonidyna, ze szlakiem sygnałowym BH4.
Dzięki analizie dokonaliśmy też zaskakujących odkryć. Zauważyliśmy że flufenazyna – lek psychotropowy używany w leczeniu schizofrenii – blokuje szlak BH4 w uszkodzonych nerwach. Wykazaliśmy też, że działa w przypadku chronicznego bólu, mówi Cronin. Naukowcy przeprowadzili eksperymenty na myszach i stwierdzili, że flufenazyna wykazuje działanie przeciwbólowe już w niskich, bezpiecznych dla ludzi dawkach.
Uczeni odkryli niespodziewany związek pomiędzy szlakiem sygnałowym BH4 a szlakiem sygnałowym EGFR/KRAS, który jest istotnym elementem powstawania i progresji wielu nowotworów. Okazało się, że zablokowanie szlaku EGFR/KAS zmniejsza wrażliwość na ból poprzez zmniejszenie poziomu BH4. Jako, że geny EGFR i KRAS są dwoma najczęściej podlegającymi mutacjom genami w nowotworach płuc, naukowcy przyjrzeli się BH4 w przypadkach nowotworów płuc na modelu mysim. Ku ich zdumieniu usunięcie ważnego enzymu GCH1 ze szlaku sygnałowego BH4 skutkowało zmniejszeniem liczby guzów oraz znacznym wydłużeniem życia myszy z nowotworem płuc z mutacją KRAS. Odkrycie wspólnych elementów chronicznego bólu i nowotworów płuc otwiera nowe możliwości leczenia obu schorzeń.
Jednym z najbardziej interesujących aspektów badań jest odkrycie mechanistycznego związku pomiędzy bólem a nowotworem płuc. Ten sam wyzwalacz, który rozpoczyna wzrost guza płuc wydaje się być zaangażowany w uruchamianie ścieżki chronicznego bólu, jaki często przecież odczuwają osoby chore na nowotwory. Wiemy też, że nerwy czuciowe mogą napędzać nowotwory, a to wyjaśniałoby zaklęty krąg nowotworów i związanego z nimi bólu, stwierdza Josef Penninger, dyrektor Instytutu Biotechnologii Molekularnej. Zrozumienie tego wzajemnego związku będzie pomocne nie tylko w leczeniu nowotworów, ale również pozwoli poprawić jakość życia pacjentów nowotworowych i ulżyć ich bólowi, dodaje.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Komputery kwantowe mogą zrewolucjonizować wiele dziedzin nauki oraz przemysłu, przez co wpłyną na nasze życie. Rodzi się jednak pytanie, jak duże muszą być, by rzeczywiście dokonać zapowiadanego przełomu. Innymi słowy, na ilu kubitach muszą operować, by ich moc obliczeniowa miała znaczący wpływ na rozwój nauki i technologii.
Na pytanie to postanowili odpowiedzieć naukowcy z Wielkiej Brytanii i Holandii. Przyjrzeli się dwóm różnym typom problemów, jakie będą mogły rozwiązywać komputery kwantowe: złamaniu zabezpieczeń Bitcoina oraz symulowanie pracy kofaktora FeMo (FeMoco), który jest ważnym elementem białka wchodzącego w skład nitrogenazy, enzymu odpowiedzialnego za asymilację azotu.
Z AVS Quantum Science dowiadujemy się, że naukowcy stworzyli specjalne narzędzie, za pomocą którego mogli określić wielkość komputera kwantowego oraz ilość czasu potrzebnego mu do rozwiązania tego typu problemów. Obecnie większość prac związanych z komputerami kwantowymi skupia się na konkretnych platformach sprzętowych czy podzespołach nadprzewodzących. Różne platformy sprzętowe znacząco się od siebie różnią chociażby pod względem takich kluczowych elementów, jak tempo pracy czy kontrola jakości kubitów, wyjaśnia Mark Webber z University of Sussex.
Pobieranie azotu z powietrza i wytwarzanie amoniaku na potrzeby produkcji nawozów sztucznych to proces wymagający dużych ilości energii. Jego udoskonalenie wpłynęłoby zarówno na zwiększenie produkcji żywności, jak i zmniejszenie zużycia energii, co miałoby pozytywny wpływ na klimat. Jednak symulowanie odpowiednich molekuł, których opracowanie pozwoliłoby udoskonalić ten proces jest obecnie poza możliwościami najpotężniejszych superkomputerów.
Większość komputerów kwantowych jest ograniczone faktem, że wykorzystywane w nich kubity mogą wchodzić w bezpośrednie interakcje tylko z kubitami sąsiadującymi. W innych architekturach, gdzie np. są wykorzystywane jony uwięzione w pułapkach, kubity nie znajdują się na z góry ustalonych pozycjach, mogą się przemieszczać i jeden kubit może bezpośrednio oddziaływać na wiele innych. Badaliśmy, jak najlepiej wykorzystać możliwość oddziaływania na odległe kubity po to, by móc rozwiązać problem obliczeniowy w krótszym czasie, wykorzystując przy tym mniej kubitów, wyjaśnia Webber.
Obecnie największe komputery kwantowe korzystają z 50–100 kubitów, mówi Webber. Naukowcy oszacowali, że do złamania zabezpieczeń sieci Bitcoin w ciągu godziny potrzeba – w zależności od sprawności mechanizmu korekty błędów – od 30 do ponad 300 milionów kubitów. Mniej więcej godzina upływa pomiędzy rozgłoszeniem a integracją blockchaina. To czas, w którym jest on najbardziej podatny na ataki.
To wskazuje, że Bitcoin jest obecnie odporna na ataki z wykorzystaniem komputerów kwantowych. Jednak uznaje się, że możliwe jest zbudowanie komputerów kwantowych takiej wielkości. Ponadto ich udoskonalenie może spowodować, że zmniejszą się wymagania, co do liczby kubitów potrzebnych do złamania zabezpieczeń Bitcoin.
Webber zauważa, że postęp na polu komputerów kwantowych jest szybki. Przed czterema laty szacowaliśmy, że do złamania algorytmu RSA komputer kwantowy korzystający z jonów uwięzionych w w pułapce potrzebowałby miliarda fizycznych kubitów, a to oznaczało, że maszyna taka musiałaby zajmować powierzchnię 100 x 100 metrów. Obecnie, dzięki udoskonaleniu różnych aspektów tego typu komputerów, do złamania RSA wystarczyłaby maszyna o rozmiarach 2,5 x 2,5 metra.
Z kolei do przeprowadzenia symulacji pracy FeMoco komputery kwantowe, w zależności od wykorzystanej architektury i metod korekcji błędów, potrzebowałyby od 7,5 do 600 milionów kubitów, by przeprowadzić taką symulację w ciągu około 10 dni.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Białka z rodziny inkorporatorów seryny (SERINC) są znane ze swojego działania jako inhibitory retrowirusów takich jak HIV. Szczególnie silnym inhibitorem jest SERINC5, które potrafi wniknąć do wnętrza wirusa HIV i obniżyć jego zdolność do infekowania komórek, a dodatkowo zwiększa jego podatność na działanie przeciwciał. Teraz odkryto, że białka SERINC są też skuteczne przeciwko wirusom Ebola i Zika. Obecnie naukowcy sprawdzają, jak sprawują się one w walce z SARS-CoV-2.
Naukowcy z Ohio State University zauważyli podczas laboratoryjnych badań na kulturach komórkowych, że aktywność sygnałowa protein SERINC pomogła chronić komórki przed zarażeniem HIV, Ziką i Ebolą.
Profesor wirusologii Shan-Lu Liu podkreśla, że jedną rzeczą jest opisane już wyżej działanie SERINC5 polegające na wniknięcie do wirusa, ale zupełnie czym innym jest obecne odkrycie, iż białko to wpływa wzmacniająco na antywirusowy szlak sygnałowy.
Wirusy mogą wytworzyć sposoby ochrony przed bezpośrednio działającymi na nie niekorzystnymi czynnikami. Jeśli jednak ta proteina jest w stanie wpływać na kluczowy szlak sygnałowy, bez bezpośredniego wpływania na wirusa, to wirus ma ograniczone możliwości obrony przed takim działaniem, wyjaśnia Liu, który jest też dyrektorem w Centrum Badań nad Retrowirusami Ohio State University. Jeśli te molekuły będą w ten sposób działały u ludzi i zwierząt, to możemy zacząć myśleć o opracowaniu bardzo szerokiej terapii antywirusowej.
Profesor Liu i jego zespół od lat badają wyścig ewolucyjny, jaki odbywa się pomiędzy wirusem HIV a ludzkim układem odpornościowym. W 2019 roku opisali oni w jaki sposób proteina Nef wirusa HIV pozbywa się z wirusa białek SERINC, by zapewnić wirusowi lepszą możliwość zarażania.
Teraz uczeni bliżej przyjrzeli się, jak działa SERINC5 podczas kolejnych etapów infekcji HIV. Odkryli, że proteina ta nie tylko wzmacnia sygnały prowadzące do produkcji zwalczających patogeny interferonów typu 1, ale również działa podobnie na sygnały NF-kB, kompleksu białkowego odgrywającego kluczową rolę w reakcji na infekcję.
SERINC5 nie moduluje wspomnianych sygnałów samodzielnie. Łączy siły z proteinami MAVS i TRAF6. Jednak profesor Liu przyznaje, że jeszcze nie do końca rozumie sposób działania SERINC5.
Podczas badań laboratoryjnych naukowcy zauważyli, że gdy w kulturach komórkowych zostaje zainicjowana infekcja wirusowa, SERINC5 przenosi się z powierzchni komórki w pobliże mitochondrium, pozostając zaraz za otaczającą je błoną. Tam wraz z MAVS i TRAF6 tworzy jeden duży kompleks. Agregacja tych protein wskazuje, że potrzebują się nawzajem i to jest bardzo ekscytujące odkrycie. Tak wielki kompleks może bowiem przyłączać kolejne molekuły, zwiększając siłę swojego oddziaływania, cieszy się Liu.
Molekuły te należą do części całego zestawu sygnałów, które prowadzą do pojawiania się interferonów typu I i NF-kB, kluczowych elementów w walce z infekcją wirusową na jej wczesnym etapie. Eksperymenty wykazały, że taki mechanizm działania SERINC5 oraz MAVS i TRAF6 znacznie ogranicza możliwości wirusów HIV, Zika i Ebola. Gdy zaś naukowcy zmodyfikowali komórki tak, by nie wytwarzały proteiny SERINC5, wirusy nie tylko z łatwością je zarażały, ale też łatwiej się w nich replikowały. To pokazuje, jak ważne jest białko SERINC5 oraz sugeruje, że może ono działać na szerokie spektrum wirusów.
Naukowcy prowadzili swoje badania na proteinach SERINC5 i SERINC3, jednak nie można wykluczyć, że inne białka z tej rodziny działają podobnie. Autorzy badań mówią, że wiele muszą się jeszcze nauczyć. Chcieliby np. wiedzieć, co powoduje, że SERINC5 przenosi się z powierzchni komórki w pobliże mitochondrium oraz jaka jest rola tego białka, gdy nie ma infekcji wirusowej.
Uczeni sądzą też, że SERINC5 może pomóc w walce z COVID-19. Myślę, że proteiny SERINC powinny blokować działanie SARS-CoV-2, gdyż wiemy, że interferony typu I odgrywają ważną rolę w kontrolowaniu infekcji tym wirusem na wczesnych jej etapach, a ta molekuła wzmacnia sygnały prowadzące do produkcji interferonów typu I. Odkrycie proteiny, która może wpływać na kluczowy szlak sygnałowy podczas infekcji tak różnymi wirusami daje podstawy, by wierzyć, że może ona mieć szerokie działanie antywirusowe, mówi Liu.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Rozgwieżdżone niebo od stuleci intryguje i fascynuje. Nie sposób nie rozważać jakie tajemnice skrywają te bliskie, lecz jeszcze niezbadane, jak i odległe zakątki kosmosu. Gwiazdy rodzą się z gazu i pyłu, rozproszonego tak bardzo, że mijają dni, a nawet tygodnie zanim poszczególne atomy lub cząsteczki zderzą się ze sobą. Ze względu na ogromne rozrzedzenie gazu, obecność promieniowania i niskie temperatury panujące w przestrzeniach międzygwiazdowych, znajdujące się tam związki chemiczne mogą być inne od tych, które są nam dobrze znane na Ziemi. Najnowsze badania naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk dotyczą nietypowych, wręcz egzotycznych molekuł, które zdają się być ciekawe z punktu widzenia astrochemii i być może uda się je kiedyś uchwycić w kosmosie.
Przestrzenie międzygwiazdowe
Przestrzeń pomiędzy gwiazdami nie jest pusta. Znajdujemy tam głównie (ale nie tylko!) wodór, hel i kosmiczny pył. Muszą minąć miliony lat zanim obłoki tej materii przekształcą się w zarodek gwiazdy i zaświecą przynajmniej tak jasno jak nasze rodzime Słońce. Chemii zachodzącej w obłokach międzygwiazdowych sprzyja promieniowanie, a czasem także wybuchy pobliskich, ginących gwiazd, a są to warunki na tyle drastyczne, że próżno je symulować w laboratorium. To jednak nie przeszkadza w poszukiwaniu związków chemicznych, które samoistnie nie powstałyby na Ziemi, lecz być może kiedyś zostaną odkryte w Kosmosie.
Chemiczna różnorodność w kosmosie
Nasz punkt obserwacyjny to tylko niewielka planeta w morzu galaktyk. Do dziś nie do końca rozgryźliśmy reaktywność atomów i cząsteczek w ekstremalnych warunkach. Od kilku dekad Jowisz i Saturn przykuwają uwagę ze względu na odkrycie w ich atmosferze analogu amoniaku zawierającego fosfor – fosfiny, a w roku 2020 do grona równie intrygujących posiadaczy tej cząsteczki przypuszczalnie dołączyła także Wenus. Dlaczego tak wielkie znaczenie ma poszukiwanie związków fosforu w kosmosie? Bez niego nie byłoby DNA i RNA, procesów enzymatycznych, czy hydroksyapatytu będącego naturalnym budulcem naszych kości. Choć w biomasie pierwiastek ten jest szósty pod względem występowania, a w skorupie ziemskiej dwunasty, to w obłokach międzygwiazdowych jest go nawet miliard razy mniej. O związkach fosforu w przestrzeni międzygwiazdowej wiemy ciągle niewiele; wykryto dotychczas jedynie niewielkie molekuły posiadające do czterech atomów, tj. PN, CP, PO, HCP, CCP, PH3 i NCCP. Większość z nich jest nietrwała w standardowych warunkach laboratoryjnych.
Podążając śladami chemii fosforu, profesor Robert Kołos, członkowie jego zespołu dr Arun-Libertsen Lawzer i dr Thomas Custer oraz współpracujący z nimi profesor Jean-Claude Guillemin z Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (Francja) zaprezentowali w grudniowym numerze periodyku Angewandte Chemie wydajną syntezę cząsteczki HCCP, indukowaną światłem ultrafioletowym i prowadzoną w warunkach kriogenicznych.
Cząsteczkę odpowiedniego prekursora – tutaj jest to fosfapropyn, CH3CP – naświetlamy ultrafioletem, stopniowo odzierając ją z atomów wodoru. Tak powstaje HCCP, czteroatomowy dziwoląg. Sztuczka polega na wykorzystaniu zamarzniętego gazu szlachetnego jako środowiska reakcji – mówi dr Lawzer.
Dotychczas identyfikacja cząsteczki HCCP była możliwa wyłącznie w zakresie mikrofalowym, a teraz poszerzono wiedzę na jej temat podając długości fal z zakresu podczerwonego i ultrafioletowego.
Profesor Kołos komentuje: Niektórzy mogą ze szkoły pamiętać, że fosfor jest w związkach chemicznych trój- lub pięciowartościowy. Otóż w HCCP jest on jednowartościowy – realizując pojedyncze wiązanie do sąsiadującego węgla. To bardzo niezwykłe.
Niezależnie od produktu końcowego - HCCP, naukowcy zaobserwowali nie mniej ważny produkt pośredni, potwierdzając istnienie cząsteczki fosfaallenu, CH2=C=PH. Nigdy dotąd nie była ona uzyskana w warunkach laboratoryjnych, a jedynie teoria wskazywała na możliwości jej tworzenia.
Wśród cząsteczek astrochemicznej menażerii, również najważniejszych, są takie, których typowy chemik raczej za „prawdziwe” by nie uznał – widząc w nich jedynie molekularne fragmenty lub nietrwałe osobliwości – przyznaje prof. Kołos.
Uchwycenie cząsteczki CH2=C=PH i poznanie jej spektroskopii jest istotne, gdyż, niezależnie od kontekstu astrochemicznego, poszerza ogólną wiedzę o chemii związków fosforoorganicznych.
Czy kiedyś odnajdziemy HCCP lub CH2=C=PH w kosmosie? Obłoki międzygwiazdowe to rezerwuar materii bez wątpienia kryjący jeszcze liczne związki fosforu. Niektóre z nich zapewne zostaną niebawem odkryte, a na inne przyjdzie nam dłużej poczekać.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.