Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Od przybytku głowa nie boli

Recommended Posts

W całym świecie ożywionym komórki polegają na zjawisku dyfuzji, która umożliwia im wymianę metabolitów, wszelkich innych substancji oraz informacji z otoczeniem. Jest to zjawisko bardzo proste i wystarczająco wydajne, lecz niestety działa wyłącznie na niewielkie odległości. Co prawda komórki organizmów wyższych znalazły wiele sposobów na udoskonalenie procesów wymiany, co pozwoliło im na uzyskanie większych rozmiarów, lecz komórki bakteryjne przeważnie muszą pozostać małe, by przeżyć.

Do wyjątków należą mikroorganizmy symbiotyczne względem egzotycznych ryb, zwanych pokolcami, należące do rodzaju Epulopiscium. Ich komórki mogą osiągać gigantyczną wręcz, jak na bakterie, wielkość około sześciuset mikrometrów (czyli ponad pół milimetra). Dla porównania: pojedynczy ludzki erytrocyt (czerwona krwinka) ma zaledwie siedem mikrometrów średnicy. Dzięki współpracy naukowców z USA i Nowej Zelandii udało się ustalić prawdopodobną przyczynę osiągania przez te niezwykłe mikroorganizmy swoich rozmiarów: bakterie te posiadają niezwykle dużą liczbę kopii DNA wewnątrz pojedynczej komórki.

Obecność wielu kopii genomu w jednej komórce, zwana poliploidią, nie jest wśród organizmów żywych niczym nowym, lecz u bakterii rodzaju Epulopiscium przybiera ona niespotykaną w świecie ożywionym skalę. Na dodatek niezwykle interesujący jest rozkład poszczególnych kopii DNA, zlokalizowanych w tzw. chromosomach bakteryjnych, wewnątrz komórki. W przeciwieństwie do powszechnego ulokowania materiału genetycznego w centralnej części komórki, gigantyczna bakteria posiada poszczególne cząsteczki DNA rozsiane w częściach peryferyjnych swojego "ciała". Zapewnia to stałą bliskość przynajmniej jednej cząsteczki DNA w stosunku do dowolnego miejsca w komórce, dzięki czemu możliwa jest odpowiednio szybka reakcja na bodźce zewnętrzne poprzez aktywację odpowiednich genów, której efektem jest najczęściej produkcja białek.

Dotychczas większość bakterii, aby osiągnąć większy rozmiar komórki, była zmuszona do uzyskania spłaszczonego kształtu komórki, co pozwalało na zwiększenie stosunku powierzchni do objętości i przez to - przyśpieszenie wymiany cząsteczek z otoczeniem. (doskonale ilustruje to zjawisko fakt, że woda stygnie szybciej na płaskim talerzu niż w kubku - szybciej wymienia ciepło z otoczeniem). Organizmy wyższe wykształciły w tym samym celu skomplikowane systemy złozone z tzw. przenośników, czyli białek wyspecjalizowanych w transporcie odpowiednich substancji do wnętrza komórki lub poza jej obręb. Taktyka przyjęta (i rozwinięta na tak wielką skalę) przez bakterie Epulopiscium jest dla naukowców nowością.

Aby obliczyć ilość DNA w pojedynczej komórce, naukowcy użyli metody zwanej Real-Time PCR (co można przetłumaczyć jako "reakcja łańcuchowa polimerazy w czasie rzeczywistym"). Polega ona na tym, że za pomocą specjalnego enzymu przeprowadzana jest replikacja DNA, a powstanie każdej kolejnej jego kopii powoduje uwolnienie cząsteczki zdolnej do fluorescencji. Pomiar ilości powstającego w ten sposób światła daje odpowiedź, jak wiele cząsteczek DNA znajdowało się w próbce. Ustalono w ten sposób, że pojedyncza komórka tej zadziwiającej bakterii zawiera łącznie DNA o masie od 13 aż do 41 razy większej w stosunku do typowej komórki w ciele człowieka. Warto jednak zaznaczyć, że nie istnieje prosta zależność pomiędzy ilością DNA w komórce i złożonością genomu - należy bowiem pamiętać, że w przypadku bakterii mamy do czynienia z tysiącami kopii (mówiąc dokładniej, było ich średnio nieco ponad 40 tysięcy) bardzo prostego genomu, natomiast u człowieka w typowej komórce dysponujemy dwiema kopiami (w przypadku komórek rozrodczych - jedną) materiału genetycznego, lecz jest on bez porównania bardziej złożony. Z kolei wielkość pojedynczej kopii genomu u przedstawicieli rodzaju Epulopiscium nie odbiega od tej spotykanej u innych bakterii.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jeśli, te kopie komunikują się między sobą, to to jest organizm złożony. Podobnie jak organizmy wielokomórkowe i jedyną różnicą jest wspólna błona komórkowa i wspólne mitochondria.

Jest to ciekawsze rozwiązanie niż zlepek komórek (zwany organizmami wielokomórkowymi). Istotą potęgi organizmów wielokomórkowych (złożonych) jest wydajny podział zadań. Część komórek może tworzyć np: kości, włosy, soczewki, itd.

To właśnie ten podział zadań daje przewagę organizmów wielokomórkowych nad jednokomórkowymi.

Jeśli by geny, w tej "bakterii", potrafiły komunikować się między sobą i ustalać jakiś podział zadań, to mamy nową jakość w powstawaniu Życia.

Share this post


Link to post
Share on other sites

To nie jest żaden organizm złożony, bo ma wciąż tylko jedną komórkę, w której czynny jest cały komplet genów. za wyjątkiem DNA mitochondrialnego, bo bakterie nie zawierają mitochondriów.

Tak czy owak rewelacja brzmi podejrzanie, jako że stosunek powierzchni do objętości jest barierą fizyczną. Ponadto doniesienie o tak wielkich bakteriach nie jest pierwszym, ale jak dotąd wszystkie okazały się nieprawdziwe.

Share this post


Link to post
Share on other sites
rewelacja brzmi podejrzanie, jako że stosunek powierzchni do objętości jest barierą fizyczną.

Niby tak, ale... Po pierwsze: im bliżej są geny odpowiedzialne za rozłożenie danej substancji, tym większa jest dostępność enzymów zamieniających ją na użyteczny związek. Po drugie: komórka bakteryjna może sobie poradzić z wieloma problemami poprzez tworzenie tzw. ciałek inkluzyjnych, czyli odkładanie śmieci w pseudokryształkach. Może też wytwarzać wakuole, w których gromadzi wszystkie śmieci. A jeśli jest beztlenowa, da sobie radę bez tego gazu. Teoretycznie istnienie takiej bakterii naprawdę jest możliwe. A czy w praktyce zostanie potwierdzone, to się pewne okaże, choć praca źródłowa na ten temat robi wrażenie.

Share this post


Link to post
Share on other sites

To nie jest żaden organizm złożony, bo ma wciąż tylko jedną komórkę, w której czynny jest cały komplet genów.

Zazwyczaj komórka składa się z jednego kompletu genów otoczonego błoną komórkową, której to zadaniem jest osłona, obrona, itd. tego kompletu DNA. Ale jeden komplet genów nie musi odgradzać się od drugiego kompletu, jakąś błoną, by istnieć. Jeśli te geny nie będą się zwalczać, to wystarczy im wspólna błona. W organizmach złożonych geny łatwiej by się komunikowały między sobą gdyby tych błon nie było. Zdaje się, że ta  złożona z wielu kopii DNA "bakteria" pozbyła się tych zbytecznych błon. I najciekawsze jest, czy w tej komórce jest jakaś współpraca tych kopii? Czy np: lewa kopia DNA może produkować związek A, prawa kopia produkować związek B, środkowa kopia związek C, itd?

Share this post


Link to post
Share on other sites

A, i jeszcze jedno. Komórczaki, czyli zlepy komórek posiadające wiele kopii DNA, nie są niczym nowym w przyrodzie. Choćby tkanka mieśniowa jest tak zbudowana.

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
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Niedźwiedzie polarne są zagrożone przez zmniejszający się zasięg lodu morskiego w Arktyce, na którym spędzają większość życia. Naukowcy chcieliby badać i nadzorować ten gatunek, by go ocalić. Uczeni z University of Idaho znaleźli unikatową nieinwazyjną metodę identyfikowania niedźwiedzi polarnych. Zamiast stresować je śledząc za pomocą śmigłowców, strzelać środkami usypiającymi i zakładać urządzenia namierzające, amerykańscy uczeni pozyskują DNA niedźwiedzi z... odciśniętych na śniegu śladów łap.
      Na łamach Frontiers in Conservation Science profesor Lisett Waits i badaczka Jennifer Adams z Idaho, we współpracy ze specjalistami z North Slope Borough Department of Wildlife oraz Alaska Department of Fish and Game opisali, w jaki sposób można pozyskać ze śniegu komórki naskórka niedźwiedzi.
      Naukowcy najpierw zeskrobywali cienką warstwę śniegu ze świeżych śladów, a następnie w laboratorium zbierali komórki i analizowali ich DNA. W ten sposób zbierali unikatowe informacje o każdym z osobników. We wstępnej fazie badan pobrali 15 próbek. W 2 z nich nie znaleziono DNA niedźwiedzia, w 11 zaś stwierdzono jego obecność. Na razie technika ta znajduje się w fazie eksperymentalnej i wymaga dopracowania, jednak już w tej chwili widać, że jest nieinwazyjnym i efektywnym kosztowo sposobem badania dzikich niedźwiedzi polarnych.
      O ile nam wiadomo, to pierwszy przypadek identyfikowania niedźwiedzi polarnych czy jakichkolwiek innych zwierząt na podstawie pozostawionego w środowisku DNA zebranego ze śniegu, cieszy się Adams.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Wytrzymałe i lekkie materiały są niezwykle pożądane w przemyśle i życiu codziennym. Mogą one udoskonalić wiele maszyn i przedmiotów, od samochodów przez implanty medyczne po kamizelki kuloodporne. Niestety wytrzymałość i niska masa zwykle nie idą w parze. Poszukujący rozwiązania tego problemu naukowcy z University of Connecticut, Columbia University i Brookhaven National Laboratory wykorzystali DNA i szkło. Dla tej gęstości jest to najbardziej wytrzymały znany materiał, mówi Seok-Woo Lee z UConn.
      Żelazo może wytrzymać nacisk do 7 ton na centymetr kwadratowy, jest jednak bardzo gęste i ciężkie. Znamy metale, jak tytan, które są lżejsze i bardziej wytrzymałe. Potrafimy też tworzyć stopy metali o jeszcze mniejszej masie i jeszcze większej wytrzymałości. Ma to bardzo praktyczne zastosowania. Na przykład najlepszym sposobem na zwiększenie zasięgu samochodu elektrycznego nie jest dokładanie akumulatorów, a zmniejszenie masy pojazdu. Problem w tym, że tradycyjne techniki metalurgiczne osiągnęły w ostatnich latach kres swoich możliwości, naukowcy szukają więc innych niż metale wytrzymałych i lekkich materiałów.
      Szkło, wbrew temu co sądzimy, jest wytrzymałym materiałem. Kostka szkła o objętości 1 cm3 może wytrzymać nacisk nawet 10 ton. Pod jednym warunkiem – szkło nie może posiadać wad strukturalnych. Zwykle pęka ono właśnie dlatego, że już istnieją w nim niewielkie pęknięcia, zarysowania czy brakuje atomów w jego strukturze. Wytworzenie dużych kawałków szkła pozbawionego wad jest niezwykle trudne. Naukowcy potrafią jednak tworzyć niewielkie takie kawałki. Wiedzą na przykład, że kawałek szkła o grubości mniejszej niż 1 mikrometr jest niemal zawsze bez wad. A jako że szkło jest znacznie mniej gęste niż metale czy ceramika, szklane struktury zbudowane kawałków szkła o nanometrowej wielkości powiny być lekkie i wytrzymałe.
      Dlatego też Amerykanie wykorzystali DNA, które posłużyło za szkielet, i pokryli je niezwykle cienką warstwą szkła o grubości kilkuset atomów. Szkło pokryło jedynie nici DNA, pozostawiając sporo pustych przestrzeni. Szkielet z DNA dodatkowo wzmocnił niewielką, pozbawioną wad, szklaną strukturę. A jako że spora jej część to puste przestrzenie, dodatkowo zmniejszono masę całości. W ten sposób uzyskano materiał, który ma 4-krotnie większą wytrzymałość od stali, ale jest 5-krotnie mniej gęsty. To pierwszy tak lekki i tak wytrzymały materiał.
      Możliwość projektowania i tworzenia trójwymiarowych nanomateriałów przy użyciu DNA otwiera niezwykłe możliwości przed inżynierią. Jednak potrzeba wielu badań, zanim możliwości te wykorzystamy w konkretnych technologiach, stwierdza Oleg Gang z Columbia University.
      Teraz naukowcy prowadzą eksperymenty z zastąpieniem szkła ceramiką opartą na węglikach. Planują przetestować różne struktury DNA i różne materiały, by znaleźć takie o najlepszych właściwościach.
      Jestem wielkim fanem Iron Mana. Zawsze zastanawiałem się, jak stworzyć lepszą zbroję dla niego. Musi być one bardzo lekka, by mógł szybciej latać i bardzo wytrzymała, by chroniła go przed atakami wrogów. Nasz nowy materiał jest pięciokrotnie lżejszy i czterokrotnie bardziej wytrzymały od stali. Nasze szklane nanostruktury byłyby lepsze dla Iron Mana niż jakikolwiek inny materiał, stwierdził Lee.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Ludzkie DNA jest jest wszędzie. W piasku na plaży, w oceanie, unosi się w powietrzu. Bez przerwy rozsiewamy je wokół siebie. Z jednej strony to dobra wiadomość dla naukowców, z drugiej zaś, rodzi to poważne dylematy etyczne. Jak bowiem donoszą naukowcy z University of Florida, którzy przeprowadzili badania nad obecnością DNA H. sapiens w środowisku, rozprzestrzeniany przez nas materiał genetyczny jest bardzo dobrej jakości. Tak dobrej, że możliwe jest zidentyfikowanie mutacji powiązanych z chorobami czy określenie przodków społeczności żyjącej w miejscu pobrania próbek. Można je nawet połączyć z konkretnymi osobami, jeśli oddadzą próbki do badań porównawczych.
      Z tego wszechobecnego kodu genetycznego mogą korzystać zarówno naukowcy, którzy badając ścieki określą kancerogenne mutacje czy analizując glebę znajdą nieznane osady sprzed wieków, jak i policjanci, analizujący środowiskowe DNA (eDNA) unoszące się w powietrzu na miejscu przestępstwa. Naukowcy z Florydy mówią, że potrzebne są uregulowania prawne i określenie zasad etycznych dotyczących korzystania z DNA pozostawionego w środowisku.
      Przez cały czas prowadzenia badań nie mogliśmy wyjść ze zdumienia ani nad tym, jak wiele ludzkiego DNA wszędzie znajdujemy, ani nad jego jakością. W większości przypadków jakość ta była niemal tak dobra, jak jakość próbek pobranych bezpośrednio od człowieka, mówi profesor David Duffy, który kierował pracami.
      Już wcześniej Duffy i jego zespół znakomicie zaawansowali badania nad zagrożonymi żółwiami morskimi i powodowanym przez wirusa nowotworem, który je trapił, pobierając próbki DNA żółwi ze śladów na piasku, pozostawionych przez przemieszczające się zwierzęta. Naukowcy wiedzieli, że ludzkie DNA może trafić do próbek z DNA żółwi. Zaczęli się zastanawiać, jak wiele jest tego ludzkiego DNA w środowisku i jakiej jest ono jakości.
      Naukowcy znaleźli dobrej jakości ludzkie DNA w oceanie i rzekach w pobliżu swojego laboratorium, zarówno w samym mieście, jak i w odległych regionach, odkryli je też w piasku odizolowanych plaż. Po uzyskaniu zgody od National Park Service naukowcy wybrali się na odległą wyspę, na którą nie zapuszczają się ludzie. Tam ludzkiego DNA nie znaleźli. Byli jednak w stanie zsekwencjonować ludzki genom ze śladów stop pozostawionych na piasku. Duffy wybrał się też na swoją rodzimą Irlandię. Pobierał próbki wzdłuż jednej z rzek i wszędzie znalazł materiał genetyczny ludzi. Wszędzie, z wyjątkiem odległych od osad źródeł rzeki. Naukowcy zbadali też powietrze w klinice weterynaryjnej. Znaleźli tam DNA pracowników, leczonych zwierzą oraz wirusów.
      Teraz gdy stało się jasne, że ze środowiska z łatwością można pozyskać materiał genetyczny wysokiej jakości, potrzebne są odpowiednie rozwiązania prawne. Za każdym razem, gdy dokonujemy postępu technologicznego, niesie on ze sobą zarówno korzyści, jak i zagrożenia. I tym razem nie jest inaczej. Musimy wcześnie o tym informować, by społeczeństwa zdążyły opracować odpowiednie rozwiązania, mówi Duffy.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Po raz pierwszy udało się uzyskać ludzkie DNA z paleolitycznego artefaktu. Międzynarodowy zespół naukowców pracujących pod kierunkiem specjalistów z Instytutu Antropologii Ewolucyjnej im. Maxa Plancka wyizolował DNA kobiety z przewierconego zęba jelenia kanadyjskiego (wapiti) znalezionego w Denisowej Jaskini. Materiał genetyczny zachował się w na tyle dobrym stanie, że możliwe było zrekonstruowanie profilu genetycznego kobiety, która używała wisiorka. Zrekonstruowano też profil genetyczny jelenia. Na podstawie tak uzyskanych danych stwierdzono, że wisiorek powstał 19–25 tysięcy lat temu. I, co ważne, dzięki zastosowaniu nowatorskich metod badawczych, ząb pozostał nietknięty. Przy okazji zatem udowodniono, że możliwe jest niedestrukcyjne pozyskiwanie DNA w celu identyfikowania użytkowników prehistorycznych artefaktów.
      Dysponujemy sporą liczbą paleolitycznych artefaktów wykonanych z kości, zębów czy kamienia, która dają nam wgląd w kulturę materialną i strategie przetrwania ludzi z tamtych czasów. Trudno jednak artefakty te powiązać z konkretnymi osobami, gdyż paleolityczne pochówki z dobrami grobowymi są rzadkością. To zaś utrudnia np. badanie takich zjawisk jak podział pracy czy ról społecznych w paleolicie.
      Dlatego też naukowcy rozpoczęli prace nad niedestrukcyjnymi metodami pozyskiwania DNA z artefaktów wykonanych z kości i zębów. Są one co prawda rzadsze niż przedmioty z kamienia, jednak są bardziej porowate, więc jest większa szansa, że zachowało się w nich ludzkie DNA pochodzące z naskórka, potu czy innych płynów ustrojowych.
      Najważniejsze dla badaczy było zachowanie artefaktów w całości. Powierzchnia paleolitycznych przedmiotów dostarcza nam bowiem istotnych informacji o sposobie ich wytworzenia, zatem zachowanie jej integralności i mikrostruktury było priorytetem, informuje Marie Soressa z Uniwersytetu w Lejdzie. Naukowcy badali wpływ różnych substancji chemicznych na powierzchnię kości i zębów. W ten sposób udało im się opracować niedestrukcyjną, opartą na fosforanach, metodę ekstrakcji DNA. Można powiedzieć, że stworzyliśmy pralkę do prehistorycznych artefaktów. Myjąc je w temperaturze do 90 stopni Celsjusza możemy z wyekstrahować z wody DNA nie uszkadzając przy tym zabytku, wyjaśnia główna autorka badań, Elena Essel.
      Początkowe eksperymenty nie dawały zachęcających wyników. Badania prowadzono na artefaktach znalezionych w jaskini Quinçay we Francji pomiędzy latami 70. a 90. ubiegłego wieku. Czasami udawało się w ten sposób pozyskać DNA zwierząt, których szczątki badano, ale większość DNA pochodziła od ludzi, którzy dotykali zabytków podczas prac archeologicznych lub po nich. Dlatego też, by poradzić sobie z problemem współczesnych zanieczyszczeń, naukowcy rozpoczęli pracę z niedawno znalezionymi artefaktami, które były wydobywane ze stanowisk archeologicznych przez naukowców noszących maseczki i rękawiczki, a które następnie, wraz z wciąż przyczepionymi osadami, zostały wsadzone do plastikowych woreczków.
      Najpierw zbadano w ten sposób trzy wisiorki z jaskini Baczo Kiro w Bułgarii, z której pochodzą najstarsze pewnie datowane szczątki H. sapiens w Europie. Okazało się, że wisiorki są znacznie mniej zanieczyszczone współczesnym DNA, ale nie znaleziono na nich żadnego paleolitycznego DNA. Udało się to dopiero w przypadku zęba jelenia z Denisowej Jaskini. Na szczęście pracujący tam w 2019 roku archeolodzy zachowali jak największą czystość. Dzięki temu można było ogłosić olbrzymi sukces. Ilość ludzkiego DNA, jakie pozyskaliśmy z tego artefaktu, jest niezwykła. Jest to niemal tyle, ile moglibyśmy uzyskać z ludzkiego zęba, cieszy się Elena Essel.
      Naukowcy uzyskali dużo DNA mitochondrialnego oraz sporo DNA jądrowego. Na tej podstawie mogli stwierdzić, że artefakt nosiła kobieta, która była genetycznie blisko spokrewniona ze współczesnymi jej mieszkańcami terenów położonych dalej na wschodzie Syberii, dawnymi mieszkańcami północnej Eurazji (ANE). Dodatkowo zaś nowa metoda, dzięki zbadaniu DNA jelenia i kobieta pozwoliła na datowanie obiektu, bez odwoływania się do destrukcyjnego datowania radiowęglowego.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Celowana terapia radionuklidowa (TRT – targeted radionuclide therapy) polega na podawaniu do krwi radiofarmaceutyków, które wędrują do komórek nowotworowych, a gdy znajdą się w guzie emitują cząstki alfa i beta, niszcząc tkankę nowotworową. Obecnie stosowane metody TRT zależą od obecności unikatowych receptorów na powierzchni komórek nowotworowych. Radiofarmaceutyki wiążą się z tymi właśnie receptorami.
      To z jednej strony zaleta, gdyż leki biorą na cel wyłącznie komórki nowotworowe, oszczędzając te zdrowe. Z drugiej strony wysoka heterogeniczność guza i zdolność komórek nowotworowych do szybkich mutacji powodują, że może dojść do zmiany receptorów, przez co TRT będzie nieskuteczna. Naukowcy z University of Cincinnati mają pomysł na rozwiązanie tego problemu i precyzyjne dostarczenie radionuklidów niezależnie od fenotypu receptorów komórek nowotworowych.
      Uczeni zmodyfikowali niepatogenną probiotyczną bakterię Escherichia coli Nissle (EcN) tak, by dochodziło na jej powierzchni do nadmiernej ekspresji receptora metali. Bakteria, które może zostać dostarczona bezpośrednio do guza, przyciąga następnie specyficzny dla siebie radiofarmaceutyk zawierający specjalny kompleks organiczny z terapeutycznym radioizotopem 67Cu.
      Tak długo, jak te zmodyfikowane bakterie pozostają w guzie, trafi do niego też radioaktywny metal. Niezależnie od tego, czy na powierzchni komórek nowotworowych znajdzie się receptor czy też nie, mówi główny autor badań, Nalinikanth Kotagiri. Co więcej, możliwe jest zastąpienie izotopu 67Cu przez 64Cu, dzięki czemu można dokładnie obrazować położenie bakterii wewnątrz guza metodą pozytonowej tomografii emisyjnej. Możemy bez problemu przełączać się między 64Cu a 67Cu by obrazować guza i gdy już to zrobimy, możemy wprowadzić kolejną molekułę w celu przeprowadzenia leczenia, zapewnia Kotagiri.
      Szczegóły badań zostały opisane na łamach Advanced Healthcare Materials.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...