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

"Sztuczna hemoglobina" zaprojektowana od zera

Recommended Posts

Naukowcy z University of Pennsylvania "zaprojektowali" i zsyntetyzowali całkowicie sztuczne białko zdolne do przenoszenia tlenu w taki sam sposób, jak czyni to w naszych organizmach hemoglobina. Zdaniem badaczy ich dzieło może stać się istotnym krokiem naprzód w pracach nad wytworzeniem sztucznej krwi.

Jeszcze kilka lat temu przewidywanie kształtu cząsteczek białka na podstawie znajomości reszt aminokwasów (niewielkich cząsteczek, których wielkocząsteczkowe polimery to właśnie białka) wchodzących w ich skład uznawane było za zadanie niezwykle trudne. Teraz, dzięki rozwojowi technik komputerowych, badaczom z Pensylwanii udało się nie tylko przewidzieć kształt syntetycznej molekuły, lecz nawet dobrać jej skład aminokwasowy tak, by pełniła pożądaną funkcję.

Niezwykłe cząsteczki składają się z wielokrotnie powtórzonych sekwencji złożonych z trzech aminokwasów. Powstają w ten sposób tzw. helisy α, czyli łańcuchy przypominające swoim kształtem korkociąg. Pomiędzy nimi znajdują się fragmenty o bardziej zróżnicowanym składzie, zdolne do uginania się. Pozwala to helisom na ułożenie się równolegle do siebie, dzięki czemu tworzą strukturę podobną do cylindra. W jej wnętrzu badacze umieśclili cząsteczkę hemu - związku występującego m.in. w "zwykłej" hemoglobinie.

Obecność hemu umożliwia opracowanemu białku wiązanie tlenu. Przypomina to mechanizm wymiany gazowej zachodzącej w naszych organizmach. Co więcej, po pochłonięciu cząsteczki gazu cylinder automatycznie "uszczelnia się" i blokuje wnikanie wody, która mogłaby uszkodzić nowatorskie cząsteczki oraz elementy otaczających je komórek.

Większość dotychczasowych prób "tworzenia" białek o określonych z góry właściwościach polegała w rzeczywistości na modyfikacji struktury istniejących protein, lecz nie zadowalało to badaczy z Pensylwanii. Chcielibyśmy się uczyć, jak tworzyć funkcjonalne białka całkowicie niespokrewnione z białkami naturalnymi. Umożliwiłoby to nam ciągłe dodawanie nowych funkcji - tłumaczy Christopher Moser, jeden z badaczy biorących udział w projekcie.

Opracowana proteina jest uwieńczeniem kolejnej tury badań, których celem jest stworzenie skutecznego substytutu czerwonych krwinek. Preparat taki mógłby być podawany np. ofiarom wypadków lub pacjentom podczas operacji, zaś jego celem byłoby zapobieganie śmiertelnemu niedotlenieniu organizmu. W najbliższych latach jedyną nadzieją pozostają jednak dawcy krwi...

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Mikroorganizmy produkujące tlen w procesie fotosyntezy mogły istnieć na Ziemi co najmniej miliard lat wcześniej, niż dotychczas sądzono. Najnowsze odkrycie może zmienić nasze spojrzenie na ewolucję życia na Ziemi oraz na to, jak mogło ono ewoluować na innych planetach.
      Na Ziemi tlen jest niezbędny do powstania bardziej złożonych form życia, które wykorzystują go w procesie produkcji energii.
      Przed około 2,4 miliarda lat temu na Ziemi doszło katastrofy tlenowej. To nazwa wielkich przemian środowiskowych na Ziemi, których przyczyną było pojawienie się dużych ilości tlenu w atmosferze.
      Część naukowców uważa, że cyjanobakterie, które dostarczyły tlen do atmosfery, pojawiły się stosunkowo niedługo przed katastrofą tlenową. Jednak, jako, że cyjanobakterie wykorzystują dość złożony mechanizm fotosyntezy, podobny do tej używanego obecnie przez rośliny, inni uczeni uważają, że przed cyjanobakteriami mogły istnieć inne, prostsze mikroorganizmy produkujące tlen.
      Teraz naukowcy z Imperial College London poinformowali o znalezieniu dowodów na obecność fotosyntezy tlenowej na co najmniej miliard lat przed pojawieniem się cyjanobakterii.
      Wiemy, że cyjanobakterie są bardzo starymi formami życia. Nie wiemy jednak dokładnie, jak starymi. Jeśli cyjanobakterie liczą sobie, na przykład, 2,5 miliarda lat, to z naszych badań wynika, że fotosynteza tlenowa zachodziła na Ziemi już 3,5 miliarda lat temu. To zaś wskazuje, że pomiędzy powstaniem Ziemi a fotosyntezą prowadzącą do powstania tlenu nie musiało minąć tak dużo czasu, jak sądziliśmy, mówi główny autor badań, doktor Tanai Cardona.
      Jeśli fotosynteza tlenowa wyewoluowała wcześnie, oznacza to, że jest ona procesem, z którym ewolucja dość łatwo potrafi sobie poradzić. To zaś zwiększa prawdopodobieństwo pojawienia się jej na innych planetach i pojawienia się, wraz z nią, złożonych form życia.
      Jednak stwierdzenie, kiedy na Ziemi pojawili się pierwsi producenci tlenu, jest trudne. Im starsze są skały, tym rzadziej występują i tym trudniej udowodnić, że znalezione w nich skamieniałe mikroorganizmy wykorzystywały lub wytwarzały tlen.
      Zespół Cardony nie zajmował się więc skamieniałymi mikroorganizmami, a postanowił zbadać ewolucję dwóch głównych protein zaangażowanych w fotosyntezę, w wyniku której powstaje tlen.
      W pierwszym etapie fotosyntezy cyjanobakterie wykorzystują światło do rozbicia wody na protony, elektrony i tlen. Pomocny jest w tym kompleks białkowy o nazwie Fotoukład II.
      Fotoukład II złożony jest m.in. z homologicznych protein D1 oraz D2. W przeszłości było one identyczne, jednak obecnie są one kodowane przez różne sekwencje co wskazuje, że w pewnym momencie się rozdzieliły. Nawet wówczas, gdy były identyczne, były one w stanie prowadzić fotosyntezę tlenową. Jeśli jednak udałoby się określić moment, w którym się rozdzieliły, byłby to moment, w którym na pewno tlen powstawał na Ziemi w wyniku fotosyntezy.
      W przeszłości zatem podobieństwo sekwencji genetycznych kodujących D1 i D2 wynosiło 100%, obecnie zaś kodujące je sekwencje w cyjanobakteriach i roślinach są podobne do siebie w 30%. Naukowcy wykorzystali więc złożone modele statystyczne oraz znane fakty z historii ewolucji fotosyntezy, by dowiedzieć się, w jakim czasie mogło dojść do zmiany ze 100 do 30 procent. Wyliczyli, że D1 i D2 w Fotoukładzie II ewoluowały wyjątkowo powoli. Okazało się, że musiało minąć co najmniej miliard lat, by doszło do takiej zmiany w kodującej obie proteiny sekwencji genetycznej.
      Nasze badania sugerują, że fotosynteza tlenowa rozpoczęła się prawdopodobnie na długo przed pojawieniem się ostatniego przodka cyjanobakterii. Jest to zgodne z ostatnimi badaniami geologicznymi, które wskazują, że zlokalizowane gromadzenie sie tlenu było możliwe już ponad 3 miliardy lat temu. Tym samym pojawienie się cyjanobakterii i pojawienie się fotosyntezy, w wyniku której powstaje tlen, nie jest tym samym zjawiskiem. Pomiędzy oboma wydarzeniami mogło upłynąć bardzo dużo czasu. Dla nauki oznacza to wielką zmianę perspektywy, stwierdza Cardona.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Przed 2,5 miliardami lat, zanim w atmosferze Ziemi pojawił się tlen, jej skład wielokrotnie się zmieniał, przechodząc pomiędzy stanem atmosfery bogatej w węglowodory i pozbawionej tych związków.
      Zdaniem uczonych z Newcastle University, taka huśtawka składu jest podobna do procesów zachodzących obecnie na Tytanie, księżycu Saturna, a jej przyczyną była działalność mikroorganizmów.
      Używane dotychczas modele wskazywały, że wczesna atmosfera Ziemi mogła zostać ogrzana przez rodzaj organicznej mgły. Przeprowadziliśmy geochemiczne analizy osadów, które dowiodły istnienia takiego zjawiska. Jednak zamiast długotrwałego ‚mglistego’ okresu znaleźliśmy sygnały wskazujące, że dochodziło raczej do huśtawki zmian w składzie, spowodowanej działalnością mikroorganizmów - mówi doktor Aubrey Zerkle. To daje nam wgląd we wczesną atmosferę Ziemi, jeszcze sprzed okresu wzbogacenia jej w tlen, i pokazuje, jak ważną rolę odgrywał wówczas metan - dodaje.
      Naukowcy przeanalizowali liczące sobie 2,65-2,5 miliarda lat osady z południa Afryki. Znaleźli dowody, że mikroorganizmy żyjące w oceanach produkowały tlen, jednak izotopy węgla i siarki wskazują, iż niewiele z tego tlenu przedostawało się do atmosfery.
      Z badań wynika również, że ciągłe wahania składu skończyły się, gdy do atmosfery przedostała się wystarczająca ilość tlenu.
      Najbardziej zdumiewającym odkryciem jest fakt, że te zmiany były nieciągłe. Atmosfera przechodziła od jednego stabilnego stanu, w drugi stan stabilny. To przypomina procesy klimatyczne, które zachodzą obecnie, i pokazuje, jak bardzo delikatna równowaga może istnieć pomiędzy różnymi stanami atmosfery - dodaje współautor badań, doktor James Farquhar z University of Maryland.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nikogo nie dziwi widok konia w czapraku, jednak wdzianko, które zakrywa ciało od karku po ogon aż do kopyt, to już zupełnie inna sprawa. Ostatnio australijscy miłośnicy wyścigów konnych mogli podziwiać odzianego w taki właśnie kombinezon championa sprinterów Hay Lista.
      Kombinezon zakłada się zaraz po biegu, by przyspieszyć regenerację. Ponieważ ogier odniósł w ciągu kariery szereg urazów, trener John McNair pomyślał, że warto spróbować, a było nad czym myśleć, bo koszt zakupu uniformu to aż 900 dolarów australijskich.
      To zasadniczo kombinezon uciskowy. Widzi się korzystających z takiego rozwiązania kolarzy, piłkarzy i innych sportowców. Ma pomagać przy zmęczeniu mięśni i ogólnej regeneracji. Przez kilka ostatnich tygodni wypróbowaliśmy piankę na koniu i różnica jest naprawdę ogromna - podkreśla McNair.
      Hidez Recovery Suit bazuje na metodzie stopniowego ucisku, która wspomaga krążenie i sprawia, że do różnych grup mięśni dociera więcej tlenu. Pianka opóźnia też ponoć początek bólu mięśni.
      Wydawać by się mogło, że ubranie konia w coś takiego zajmuje dużo czasu, jednak jak ujawnia trener, dzięki zamkom po 1,5 min jest już po wszystkim.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Osoby z chorobami serca mogą nie być w stanie zaspokoić zwiększonego zapotrzebowania organizmu na tlen podczas wdychania zimnego powietrza.
      To studium pozwala ustalić, czemu zimne powietrze wyzwala zdarzenia sercowo-naczyniowe - uważa prof. Lawrence I. Sinoway z College'u Medycyny Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii.
      Wdychanie zimnego powietrza w czasie ćwiczeń może powodować nierównomierne rozmieszczenie tlenu w mięśniu sercowym. Zdrowy organizm radzi sobie z tym, redystrybuując przepływ krwi. U pacjentów z chorobami serca, np. chorobą wieńcową, się to nie udaje.
      Jeśli wykonujesz ćwiczenia izometryczne [napinając mięśnie bez rozciągania ich włókien] i wdychasz zimne powietrze, twoje serce mocniej pracuje, zużywając więcej tlenu. Amerykanie podkreślają, że takim rodzajem ruchu jest np. odgarnianie śniegu czy noszenie aktówki.
      Podczas studium Sinoway współpracował z doktorem Matthew D. Mullerem. Panowie badali zdrowych dorosłych w wieku dwudziestu kilku lat, a później zdrowych dorosłych w wieku sześćdziesięciu kilku lat. Podczas prób monitorowano zarówno działanie płuc, jak i serca.
      Ochotnicy przez 2 minuty ściskali rączkę urządzenia (miało to podwyższyć ciśnienie i obciążyć serce). Naukowcy stwierdzili, że dochodziło do niedopasowania zapotrzebowania i dostaw w obrębie lewej komory, do której dociera natlenowana krew, ale serce nadal sobie z tym radziło. Oznacza to, że zdrowi ludzie potrafią podczas jednoczesnego ściskania i wdychania zimnego powietrza odpowiednio redystrybuując przepływ krwi w w naczyniach w głębi mięśnia sercowego.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Amerykańscy naukowcy oznakowali kałamarnice Humboldta (Dosidicus gigas). Dzięki temu mogli śledzić ich poczynania w środowiskach niemal pozbawionych tlenu.
      Jak tłumaczy Julia Stewart z Uniwersytetu Stanforda, głowonogi nurkują w ciągu dnia i spędzają w wodach ubogich w tlen wiele godzin, wracając w pobliże powierzchni dopiero na noc. Byliśmy świadkami ich imponujących zanurzeń na głębokość 1,5 km. Zwierzęta przepływały przez obszary z bardzo niską zawartością tlenu.
      Tagi odnotowywały temperaturę i głębokość. Po prawie miesiącu odpadały od ciała kałamarnicy i dryfowały na powierzchni. Gdy znajdowały się w zasięgu satelity, przekazywały zapisane informacje.
      Naukowcy ze Stacji Morskiej Hopkinsa, która należy do Uniwersytetu Stanforda, prowadzili badania w obrębie Prądu Kalifornijskiego. Na głębokości ponad 500 m znajduje się tam pas wody o niskiej zawartości tlenu, dlatego zastanawiano się, jak D. gigas sobie z tym radzą. To niesamowite. Zwierzę, które wydawałoby się, potrzebuje dużo tlenu, pływa tam z podobną prędkością jak w wysoce natlenowanych wodach. Wydaje się, że w warunkach niedoboru tlenu potrafi w jakiś sposób przyhamować metabolizm, ale to wcale nie oznacza, że jest letargiczne. Pływa wtedy całkiem żwawo.
      Ustalono, że w wodach powierzchniowych kałamarnice Humboldta osiągają prędkość 3 m/s, a na największych głębokościach 1-2 m/s. Spowolnienie nie jest więc tak duże, jak można by się spodziewać.
×
×
  • Create New...