Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Zadziwiająco krótkie, ale ważne
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Nauki przyrodnicze
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Jedno z ważnych pytań o początki życia brzmi: w jaki sposób cząstki RNA swobodnie przemieszczające się w pierwotnej zupie zostały opakowane w chronione błoną komórki. Odpowiedź na to pytanie zaproponowali właśnie na łamach Science Advances inżynierowie i chemicy z Uniwersytetów w Chicago i w Houston oraz Jack Szostak, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny. W swoim artykule pokazują, jak przed 3,8 miliardami lat krople deszczu mogły ochronić pierwsze protokomórki i umożliwić powstanie złożonych organizmów żywych.
Uczeni przyjrzeli się koacerwatom, dużym grupom cząstek, samoistnie tworzącym się w układach koloidalnych (niejednorodnych mieszaninach). Zachowanie koacerwatów można porównać do zachowania kropli oleju w wodzie.
Już dawno pojawiła się hipoteza, że nie posiadające błon mikrokrople koacerwatów mogły być modelowymi protokomórkami, gdyż mogą rosnąć, dzielić się i gromadzić wewnątrz RNA. Jednak błyskawiczna wymiana RNA pomiędzy koacerwatami, ich szybkie łączenie się, zachodzące w ciągu minut oznaczają, że poszczególne krople nie są w stanie utrzymać swojej odrębności genetycznej. To zaś oznacza, że ewolucja darwinowska nie jest możliwa, a populacja takich protokomórek byłaby narażona na błyskawiczne załamanie w wyniku rozprzestrzeniania się pasożytniczego RNA, czytamy w artykule. Innymi słowy każda kropla, która zawierałaby mutację potencjalnie użyteczną na drodze do powstania życia, błyskawicznie wymieniałaby swoje RNA z innymi RNA, nie posiadającymi takich pożytecznych mutacji. W bardzo szybkim tempie wszystkie krople stałyby się takie same. Nie byłoby różnicowania, konkurencji, a zatem nie byłoby ewolucji i nie mogłoby powstać życie.
Jeśli dochodzi do ciągłej wymiany molekuł czy to między kroplami czy między komórkami i po krótkim czasie wszystkie one wyglądają tak samo, to nie pojawi się ewolucja. Będziemy mieli grupę klonów, wyjaśnia Aman Agrawal z Pritzker School of Molecular Engineering na University of Chicago.
Nauka od dawna zastanawia się, co było pierwszą molekułą biologiczną. To problem kury i jajka. DNA koduje informacje, ale nie przeprowadza żadnych działań. Białka przeprowadzają działania, ale nie przenoszą informacji. Badacze tacy jak Szostak wysunęli hipotezę, że pierwsze było RNA. To molekuła jak DNA, zdolna do kodowania informacji, ale zawija się jak białko.
RNA było więc kandydatem na pierwszy materiał biologiczny, a koacerwaty kandydatami na pierwsze protokomórki. Wszystko wydawało się dobrze układać, aż w 2014 roku Szostak opublikował artykuł, w którym informował, że wymiana materiału pomiędzy kroplami koacerwatów zachodzi zbyt szybko. Możesz stworzyć różnego rodzaju krople koacerwatów, ale nie zachowają one swojej unikatowej odrębności. Zbyt szybko będą wymieniały RNA. To był problem z którym przez długi czas nie potrafiono sobie poradzić, mówi Szostak.
W naszym ostatnim artykule wykazaliśmy, że problem ten można przynajmniej częściowo przezwyciężyć, jeśli koacerwaty zamkniemy w wodzie destylowanej – na przykład wodzie deszczowej czy jakiejś innej słodkiej wodzie. W kroplach takich pojawia się rodzaj wytrzymałej błony, która ogranicza wymianę zawartości, dodaje uczony.
Na trop tego zjawiska naukowcy wpadli, gdy Aman Agrawal był na studiach doktoranckich. Badał zachowanie koacerwatów poddanych działaniu pola elektrycznego w destylowanej wodzie. Jego badania nie miały nic wspólnego z początkami życia. Interesował go fascynujący materiał z inżynieryjnego punktu widzenia. Manipulował napięciem powierzchniowym, wymianą soli, molekuł itp. Chciał w swojej pracy doktorskiej badać podstawowe właściwości koacerwatów.
Pewnego dnia Agrawal jadł obiad z promotorem swojej pracy magisterskiej, profesorem Alamgirem Karimem oraz jego starym znajomym, jednym ze światowych ekspertów inżynierii molekularnej, Matthew Tirrellem. Tirrell zaczął się zastanawiać, jak badania Agrawala nad wpływem wody destylowanej na koacerwaty mogą się mieć do początków życia na Ziemi. Zadał swoim rozmówcom pytanie, czy 3,8 miliarda lat temu na naszej planecie mogła istnieć woda destylowana. Spontanicznie odpowiedziałem „deszczówka”! Oczy mu się zaświeciły i od razu było widać, że jest podekscytowany tym pomysłem. Tak połączyły się nasze pomysły, wspomina profesor Karim.
Tirrell skontaktował Agrawla z Szostakiem, który niedawno rozpoczął na Uniwersytecie Chicagowskim nowy projekt badawczy, nazwany z czasem Origins of Life Initiative. Profesor Tirrel zadał Szostakowi pytanie: Jak sądzisz, skąd na Ziemi przed powstaniem życia mogła wziąć się woda destylowana. I Jack odpowiedział dokładnie to, co już usłyszałem. Że z deszczu.
Szostak dostarczył Agrawalowi próbki DNA do badań, a ten odkrył, że dzięki wodzie destylowanej transfer RNA pomiędzy kroplami koacerwatów znacząco się wydłużył, z minut do dni. To wystarczająco długo, że mogło dochodzić do mutacji, konkurencji i ewolucji. Gdy mamy populację niestabilnych protokomórek, będą wymieniały materiał genetyczny i staną się klonami. Nie ma tutaj miejsca na ewolucję w rozumieniu Darwina. Jeśli jednak ustabilizujemy te protokomórki tak, by przechowywały swoją unikatową informację wystarczająco długo, co najmniej przez kilka dni, może dojść do mutacji i cała populacja będzie ewoluowała, stwierdza Agrawal.
Początkowo Agrawal prowadził swoje badania z komercyjnie dostępną laboratoryjną wodą destylowaną. Jest ona wolna od zanieczyszczeń, ma neutralne pH. Jest bardzo odległa od tego, co występuje w naturze. Dlatego recenzenci pisma naukowego, do którego miał trafić artykuł, zapytali Agrawala, co się stanie, jeśli woda będzie miała odczyn kwasowy, będzie bardziej podobna do tego, co w naturze.
Naukowcy zebrali więc w Houston deszczówkę i zaczęli z nią eksperymentować. Gdy porównali wyniki badań z wykorzystaniem naturalnej deszczówki oraz wody destylowanej laboratoryjnie, okazało się, że są one identyczne. W obu rodzajach wody panowały warunki, które pozwalałyby na ewolucję RNA wewnątrz koacerwatów.
Oczywiście skład chemiczny deszczu, który pada obecnie w Houston, jest inny, niż deszczu, który padał na Ziemi przed 3,8 miliardami lat. To samo zresztą można powiedzieć o modelowych protokomórkach. Autorzy badań dowiedli jedynie, że taki scenariusz rozwoju życia jest możliwy, ale nie, że miał miejsce.
Molekuły, których użyliśmy do stworzenia naszych protokomórek to tylko modele do czasu, aż znajdziemy bardziej odpowiednie molekuły. Środowisko chemiczne mogło się nieco różnić, ale zjawiska fizyczne były takie same, mówi Agrawal.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Ekspresja genów w łożysku pozwala na przewidzenie rozmiarów mózgu dziecka w momencie urodzenia oraz jego tempa wczesnego rozwoju poznawczego, które – w połączeniu z innymi czynnikami – może w późniejszym życiu doprowadzić do schizofrenii. Odkryty właśnie związek genów i rozwoju poznawczego jest silniejszy u chłopców.
Autorami odkrycia są naukowcy z Lieber institute for Brain Development (LIBD) oraz Wydziału Medycyny University of North Carolina (UNC). Dzięki zidentyfikowaniu aktywacji specyficznych genów w łóżysku, które wydają się być unikatowe dla ryzyka schizofrenii, mogliśmy badać procesy biologiczne, które w przyszłości można będzie wykorzystać do rozpoczęcia leczenia w łonie matki i zmniejszenia ryzyka schizofrenii, mówi Daniel R. Weinberger z Lieber Institute. Dotychczas zapobiegania schizofrenii na tak wczesnym etapie rozwoju było nie tylko niemożliwe, ale nawet niewyobrażalne. Teraz wszystko się zmieniło.
Winberger i jego koledzy opisali swoją pracę w artykule Placental genomic risk scores and early neurodevelopmental outcomes opublikowanym na łamach PNAS.
Zrozumienie odchyleń od normalnego rozwoju mózgu może być kluczowym elementem zapobiegania chorobie, czytamy w artykule. Autorzy badań powołują się na 30 lat innych prac naukowych, które konsekwentnie sugerują, że schizofrenia – zwykle diagnozowana u dorosłych – może rozpoczynać się na na bardzo wczesnym etapie życia, być może już w okresie prenatalnym.
Wiele badań wskazywało, że komplikacje w czasie ciąży, jak infekcje czy niedożywienie, są powiązane z większym ryzykiem wystąpienia schizofrenii. Z mózgach nienarodzonych dzieci stwierdzono ekspresję wielu genów wiązanych ze schizofrenią. W 2018 roku naukowcy z Lieber Institute stwierdzili, że niektóre takie geny są też aktywowane w łożysku, a do aktywacji dochodzi przede wszystkim wówczas, gdy pojawiają się jakieś komplikacje w ciąży, np. stan przedrzucawkowy czy hipotrofia wewnątrzmaciczna.
W czasie poprzednich badań wykryliśmy interakcję pomiędzy genetycznymi czynnikami ryzyka wystąpienia schizofrenii (GRS) a komplikacjami we życiu płodowym (ELC). Stwierdziliśmy, że prawdopodobieństwo wystąpienia schizofrenii jest wyższe, gdy pacjent ma za sobą historię ELC niż gdy jej nie ma, wyjaśniają autorzy najnowszych badań. Wyniki takie wskazywały, że rolę może tutaj odgrywać zdrowie samego łożyska, szczególnie gdy rozwijające się dziecko jest płci męskiej.
Teraz naukowcy postanowili sprawdzić, czy w przypadku osób z historią ELC genetyczne czynniki ryzyka obecne w łożysku odgrywają jakąś rolę w rozwoju neurologicznym do 2. roku życia. Odkryliśmy, że łożyskowe czynniki ryzyka są negatywnie skorelowane z objętością przestrzeni wewnątrzczaszkowej (ICV) w badanej próbce ciąż pojedynczych i mnogich oraz, u dzieci z ciąż pojedynczych, jest skorelowane z gorszym rozwojem funkcji poznawczych w wieku 12 miesięcy oraz równie gorszym, chociaż już nie tak bardzo, rozwojem w wieku 24 miesięcy.
Naukowcy odkryli tez, że u osób dorosłych, u których zdiagnozowano schizofrenię, te same geny, do których ekspresji dochodzi w łożysku, pozwalają przewidzieć rozmiary mózgu. Taki sam związek zauważono u noworodków z tą samą ekspresją genów w łożysku. Nie stwierdzono go jednak w grupie kontrolnej zdrowych dorosłych. Uzyskane wyniki sugerują, że – przynajmniej u osób z historią komplikacji w życiu płodowym – geny powiązane z reakcją łożyska na stres i ewentualnie związane ze schizofrenią, mogą wpływać na rozwój mózgu, kierując go w stronę ewentualnej choroby.
Naukowcy podkreślają jednak, że na rozwój schizofrenii wpływa tak wiele czynników genetycznych i środowiskowych, że dzieci, w przypadku których stwierdzono występowanie niekorzystnej ekspresji genów, wcale nie muszą zachorować na schizofrenię.
Weinberger zauważa, że większość dzieci, w których łożysku wystąpiły geny predestynujące do rozwoju schizofrenii, nie zachoruje, gdyż inne czynniki genetyczne i środowiskowe skompensują w późniejszym życiu niekorzystny wpływ genów z łożyska. Jednak w przypadku osób, u których obok genetycznych czynników ryzyka wystąpiły też komplikacje w czasie życia płodowego, późniejsza kompensacja może nie wystarczyć i dojdzie do rozwoju schizofrenii, szczególnie jeśli są mężczyznami.
U większości osób ze zmienioną ścieżką rozwoju neurologicznego dochodzi do korekty i powrotu do prawidłowego rozwoju, jednak u niektórych rozwój podąża w jeszcze bardziej niewłaściwym kierunku i prowadzi do choroby, stwierdzają naukowcy.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Otyłe samce myszy mają potomstwo z zaburzeniami metabolicznymi, ponieważ wysokotłuszczowa dieta wywołuje zmiany epigenetyczne w plemnikach. Wcześniej sądzono, że tego typu zjawiska nie mają wpływu na młode, bo przed i po zapłodnieniu dochodzi do "przepakowania" zawartości jądra komórkowego.
Maria Ohlsson Teague i Michelle Lane z Uniwersytetu w Adelajdzie w Australii wykazały, że myszy, którym podawano niezdrową karmę, miały potomstwo podatne na insulinooporność. Oznacza to, że w pewnych regionach plemników zmiany epigenetyczne najwyraźniej się utrzymują.
W ramach pogłębionych badań zidentyfikowano 21 miRNA (jednoniciowych cząsteczek RNA regulujących włączanie i wyłączanie genów), których ekspresja była inna w plemnikach gryzoni jedzących wysokotłuszczową i zdrową karmę. Panie posłużyły się bazą danych znanych miRNA i dzięki temu opisały możliwy wpływ zaobserwowanych zmian. Na samym początku uplasowały się rozwój embrionu i plemników oraz zaburzenia metaboliczne.
Teague uważa, że duża ilość tłuszczu wokół jąder zmienia warunki i sprzyja zmianom epigenetycznym.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Wystawienie komórek jajowych na wysokie stężenia nasyconych kwasów tłuszczowych, jak ma to miejsce w jajnikach kobiet otyłych i cierpiących na cukrzycę typu 2., upośledza rozwój zarodka (PLoS ONE).
Naukowcy z Antwerpii, Hull i Madrytu stwierdzili, że u krów embriony powstające z jaj wystawionych na oddziaływanie wysokiego stężenia nasyconych kwasów tłuszczowych mają mniej komórek, zmianie ulegają też ekspresja genów oraz aktywność metaboliczna. Wszystkie wymienione zjawiska są wskaźnikami zmniejszonej zdolności utrzymania się przy życiu.
Specjaliści podkreślają, że choć studium prowadzono na komórkach jajowych krów, odkrycia mogą pomóc w wyjaśnieniu, czemu kobietom z zaburzeniami metabolicznymi, np. otyłością czy cukrzycą, trudniej zajść w ciążę. Pacjentki z tej grupy metabolizują więcej zmagazynowanego tłuszczu, co skutkuje wyższym stężeniem kwasów tłuszczowych w obrębie jajników, a te są toksyczne dla jaja przed owulacją.
U krów możemy wywołać bardzo podobne zaburzenia metaboliczne prowadzące do zmniejszenia płodności, a szczególnie upośledzenia jakości jaj. Między innymi z tego powodu bydło jest tak interesującym modelem w badaniach nad ludzkim zdrowiem reprodukcyjnym – przekonuje szef zespołu badawczego, prof. Jo Leroy z Uniwersytetu w Antwerpii. Wiemy z wcześniejszych badań, że wysokie stężenie kwasów tłuszczowych może wpłynąć na rozwój komórek jajowych w jajnikach, ale teraz po raz pierwszy wykazaliśmy, że ten negatywny wpływ rozciąga się również na przeżywalność zarodka.
Veerle Van Hoeck, doktorantka z Antwerpii, badała embriony 8 dni po zapłodnieniu. Znajdowały się one wtedy w stadium blastocysty, składającej się z ok. 70-100 komórek. Akademicy przyglądali się m.in. aktywności metabolicznej zarodka, czyli temu, jakie związki pobierał ze środowiska oraz jakie i w jakich ilościach wydalał.
Najbardziej żywotne embriony, te, które z największym prawdopodobieństwem prowadziły do udanej ciąży, cechowały się spokojnym, mniej nasilonym metabolizmem, zwłaszcza w odniesieniu do aminokwasów. Tam, gdzie komórka jajowa była eksponowana na duże stężenia kwasów tłuszczowych, zarodek wykazywał nasilony metabolizm aminokwasów, a także zmienione zużycie tlenu, glukozy oraz mleczanów – wszystko to wskazuje na upośledzenie regulacji metabolizmu i zmniejszoną żywotność – wyjaśnia dr Roger Sturmey z Uniwersytetu w Hull.
Leroy dodaje, że takie embriony wykazują zwiększoną ekspresję genów związanych ze stresem komórkowym. Choć wyższy poziom kwasów tłuszczowych nie zatrzymuje rozwoju zarodka na etapie dwóch komórek, następuje widoczne zmniejszenie liczby komórek zdolnych do przekształcenia się w blastocystę.
Na kolejnych etapach badań akademicy zamierzają sprawdzić, czy skutki wysokiego poziomu kwasów tłuszczowych są widoczne także po narodzinach.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Czworook (Anableps anableps), południowo- i środkowoamerykańska ryba spokrewniona z gupikami, zawdzięcza swoją dwuogniskowość specyficznemu wzorcowi ekspresji genów opsyny – światłoczułego barwnika wzrokowego.
Pisząc pracę dyplomową, Gregory L. Owens (obecnie z Uniwersytetu Kolumbii Brytyjskiej), stwierdził, że podział oka istnieje nie tylko na poziomie anatomicznym, ale również na poziomie molekularnym.
Żywiąc się owadami i glonami, czworooki spędzają większość życia w pobliżu powierzchni wody. Górna połowa oka monitoruje linię wody, a dolna pozostaje zanurzona. Ponieważ geny opsyny A. anableps przypominają geny innych gatunków, które nie widzą ponad wodą, nie było wiadomo, czy oczy czworooków są przystosowane do obu środowisk: wodnego i lądowego. By to sprawdzić, Owens skonstruował kilka molekularnych sond, które po przyłożeniu do siatkówki wiążą się z mRNA konkretnych typów opsyny. W czopkach występują 3 rodzaje opsyny: niebieska, czerwona i zielona. Kolor jest związany z długością pochłanianej fali. Pojedynczy czopek zawiera tylko jeden rodzaj opsyn.
Określając rodzaj i rozkład mRNA opsyn w siatkówce, Kanadyjczyk odkrył, że oko żyjącej w lasach namorzynowych ryby jest wyraźnie podzielone na dwie części różniące się pod względem wrażliwości na kolory. Jedna część siatkówki, wystawiona na oddziaływanie światła "lądowego", została wyposażona w czopki wrażliwe na dominujące w powietrzu zielone długości fal świetlnych. Druga część siatkówki, zanurzona, jest bardziej dostrojona do dominującej pod wodą żółtej części widma. Oko jako całość wykazuje wrażliwość na jeszcze inne długości fali: od ultrafioletu po błękit.
Spodziewaliśmy się pewnych różnic między różnymi częściami oka, ale aż tak dramatycznych – podsumowuje Owens.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.