Учёные ввели специфический человеческий ген, связанный с развитием неокортекса, эмбрионам обезьянок-игрунок, чтобы проверить, не приведёт ли это к увеличению мозга и развитию извилин. Как говорится в статье, из этических соображений мозговитым детёнышам родиться не дали, а сделали их матерям кесарево сечение на 101 дне беременности (очень этично!) и изучили получившийся результат. Об исследовании, проведённом Институтом молекулярной клеточной биологии и генетики Общества Макса Планка в Дрездене, Германия, и Центральным институтом экспериментальных животных в Кавасаки, Япония, сообщает новая статья в Science.
Сравнение мозга двух игрунок. Слева мозг обычной обезьяны, справа — с человеческим геним ARHGAP11B.
С помощью модифицированного вируса учёные внедрили в оплодотворённые яйцеклетки игрунок сконструированную генетическую последовательность длиной: сначала промотор человеческого гена ARGHAP11B (стартовая площадка, с которой начинается считывание гена), затем ген флюоресцентного белка EGFP и следом сам ARHGAP11B. Флюоресцентный белок использовался в качестве светящейся метки, чтобы отследить работу человеческого гена в тканях эмбрионов. Затем ранние эмбрионы ввели семи суррогатным матерям, беременность которых, как уже сообщалось, прервали на 101 дне (игрунки вынашивают детёнышей в течение 150 дней), и занялись изучением получившихся эмбрионов. У пяти из них работа гена ARHGAP11B была зафиксирована в коре мозга, причем с интенсивностью, сходной с человеческой. У этих эмбрионов, в сравнении с обычными, неокортекс действительно увеличился в размерах, причём на поверхности появились, как говорится в статье, «извилиноподобные структуры» — в отличие от гладкой поверхности мозга обычных обезьянок. Эти структуры возникли при утолщении новой коры в результате, как полагают исследователи, увеличения числа нейронов поверхностного слоя.
Мы ещё раз убеждаемся, что совсем немного нужно, чтобы сделать примата человеком.
Прялка "Дженни" - изобретение, сделавшее возможным промышленную революцию.
Будь то носки или что-нибудь из модных предметов одежды, именно достижения текстильной промышленности в период промышленной революции сделали возможными эти вещи для масс.
Прялка «Дженни», или прядильная машина Харгривса, внесла большой вклад в развитие этого процесса. После того как сырье — хлопок или шерсть — собирается, из него нужно сделать пряжу, и зачастую эта работа весьма кропотлива для людей.
Джеймс Харгривс решил этот вопрос. Принимая вызов британского Королевского общества искусств, Харгривс разработал устройство, которое намного перевыполнило требования конкурса, чтобы оно сплетало не менее шести пряж одновременно. Харгривс построил машину, которая выдавала восемь потоков одновременно, что резко повышало эффективность этой деятельности.
Устройство состояло из прялки, которая контролировала поток материала. На одном конце устройства находился вращающийся материал, а на другом нити собирались в пряжу из-под ручного колеса.
Интересное и довольно необычное устройство в парке в Сан-Франциско. Оно каждый день буквально выжигает на дереве количество солнечного света. Что то вроде графика погоды и календарь солнечных дней
Преподаватель университета показывает нервную систему американской уборщицы.
Конец 19 века ознаменовался в мире быстрым прогрессом научных достижений. Первые аэропланы, лампочки и телеграф, железные дороги и множество другого. Простая уборщица из США так впечатлилась всем этим, что завещала себя американской науке.
Через год кропотливой научной работы ее нервная система стала наглядным учебным пособием. И при подключении электричества уборщица оживала и пугала студентов до колик.
Cell Pisture Show - регулярный конкурс научной фотографии, который проводится издательством Cell Press, публикующим научные журналы. По итогам конкурса лучшие фотографии с описаниями рассылаются подписчикам CP на почту.
Этот выпуск посвящён синтетической биологии.
Биология Plug N' Play
Anne-CécileReymann, Manuel Théry, iRTSV в Гренобле, Франция
Когда Ваш жёсткий диск ломается, Вы заказываете новый онлайн и меняете их местами. Почему мы не можем сделать то же самое с биологическими системами? От ДНК-роботов и органов-на-чипе к нанощетинкам, захватывающим и высвобождающим лекарства, это слайд-шоу рассматривает две больших цели синтетической биологии: создавать новые биологические системы и перепроектировать существующие из не-биологических компонентов
Изображение: Филаменты актина нуклеированы в форме кругов диаметром 20-40 микрон с использованием микропаттернинга (см. далее) и сфотографированы путём эпифлуоресцентной микроскопии.
Выпуская актин
Anne-CécileReymann, Manuel Théry, iRTSV в Гренобле, Франция
Что регулирует архитектуру актина в клетке? Недавно (относительно - прим.пер.), Théry и коллеги продемонстрировали, что для организации F-актиновыхфиламентов (жёлтые) в параллельные пучки, какие встречаются в клетках, - без поперечных связей и клубков - нужна только правильная ориентация актиновых ядер.
Изображение:
Ядра актина размещены на покровном стекле в форме круга путём микропаттенрнинга с применением глубокой UV-литографии. Полимеризация актина вызвана последующим добавлением мономеров актина, профилина и комплекса Arp2/3. Плотная разветвлённая сеть филаментов образовалась на круге (ярко жёлтый), в то время как не-разветвлённые филаменты выросли снаружи от круга в виде параллельных пучков. 7% мономеров актина было помечено красителем Alexa568, который позволил сфотографировать их с применением классической эпифлуоресцентной микроскопии(прямой микроскоп Olympus BX61, сухой объектив x40).
Timothée Vignaud, Qingzong Tseng, Manuel Théry, iRTSV вГренобле, Франция
Микропаттернингтакже контролирует размер и форму клетки. Здесь, Théry и коллеги нанеслиадгезивные молекулы (фибронектин) на стёкла в разных формах - Т-образной(сверху справа) и H-образной (снизу справа). Когда они пересадили одну или двеклетки на полученный микропаттерн, те приняли соответствующую форму: клетка наT-форме стала треугольной, пара клеток на H-форме образовала квадрат. Если они"рисовали" паттерн рядом с клеткой, уже закрепившейся на подложке(слева), клетка постепенно распространялась на него и создавала стресс-волокна актина по краям.
Изображение:
Слева:клетка RPE1 экспрессирует LifeAct-GFP, который отмечает актиновый скелет в живых клетках. После того, как рядом с клеткой был нарисован микропаттерн,каждые 20 минут получали изображение на инвертированном микроскопе Nikon TE2000(объектив x100 с маслом).
Справа:единичная клетка RPE1 на Т-паттерне и пара клеток MCF10A на H-паттерне были пермеабилизованы параформальдегидом после посадки на микропаттернированное стекло. Актиновая сеть и фокальные контакты окрашены зелёным (фалоидин-FITC) и красным (антитела к винкулину/паксиллину), соответственно. Межклеточные контакты окрашены белым (антитела к бета-катенину). Изображения получены на микроскопе Leica DMRA (объектив x100 с маслом).
Campbell Strong, Shawn Douglas, Gael McGill, Wyss Institute forBiologically Inspired Engineering at Harvard University, Бостон, США
Одна из главных целей синтетической биологии - использовать строительные блоки живых систем (ДНК, РНК, протеины, липиды) для создания инструментов и устройств,которые не существуют в природе. Для примера, в "ДНК-оригами",длинные одноцепочечные молекулы ДНК с длиной свыше 1000 пар оснований складывались в кастомизированные формы за счёт взаимодействия с малыми"молекулами-образцами".
Изображение:
Дуглас и коллеги использовали подход "ДНК-оригами" для постройки бочонкообразного наноробота (35x35x45 нанометров), который может быть наполнен лекарствами, фрагментами антител (розовые) и другими наночастицами. Аптамер ДНК(зелёный) держит бочонок закрытым, но, когда робот контактирует с антителами к аптамеру, раскрывает его (например, на поверхности клетки). Робот был разработан при помощи программ Molecular Nay и CadNano.
Jorge Bernardino de la Serna, University of Southern Denmark, Оденсе, Дания
Одним из самых амбициозных устремлений синтетической биологии является создание"минимальных клеток", которые полностью повторяют функции естественных клеток - потребление энергии, градиент ионов, хранение информации,изменчивость. Хотя такие технологии всё ещё далеко на горизонте, исследователи достигли большого прогресса в создании "полусинтетических клеток",которые имитируют определённые функции клеток, такие как синтез белков или липидных мембран. Многие из этих искусственных клеток обитают в липосомах или искусственных везикулах с билипидной мембраной.
Изображение:
Каждая микрофотография показывает гигантскую липосому диаметром 20-50 микрон,состоящую из жиров и протеинов поверхности альвеол лёгких млекопитающих без химической обработки. Липосомы были напрямую выделены из смывов с лёгкого.Каждая микрофотография получена при разных температурах или составах жиров и белков легочного сурфактанта. Изображения получены на лазерном сканирующем инвертированном микроскопе Zeiss LSM 510 (объектив x40 с водной иммерсией), при конвенциональном или двухфотонном возбуждении флуоресценции.
Joanna Aizenberg, Harvard School of Engineering and Applied Sciences, Бостон, США
Другая крупная цель синтетической биологии - создание из неестественных молекул и соединений инструментов и устройств, имитирующих свойства природных. Например,Joanna Aizenberg и её лаборатория стали пионерами использования само-организующихся синтетических нановолокон для создания устройств,захватывающих и отпускающих лекарства, которые выглядят поразительно похожими на маленькие щупальца (вы же не думали, что пост обойдётся без тентаклей? -прим. пер.).
Изображение:
Сканирующая электронная фотография наноразмерных щетинок, удерживающих сферу. Щетинки сделаны из эпоксидной смолы и погружены в жидкость. Пока щетинки засыхают, они захватывают то, что поблизости, например лекарства или наночастицы. Щетинки сохраняют энергию и их можно заставить высвободить захваченные частицы. Каждая щетинка примерно в тысячу раз тоньше человеческого волоса.
Joanna Aizenberg, Harvard School of Engineering and Applied Sciences, Бостон, США
Самоорганизующиеся нановолокна могут также быть использованы при создании наноструктур с уникальными спиральными формами и иерархической структурой, каковые часто могут наблюдаться в живых системах. Упорядоченная матрица нановолокон погружается в жидкость и, по мере испарения жидкости, формирует спиральные пучки и пучки пучков с заданными свойствами, зависящими от состава и расположения нановолокон в матрице.
Изображение:
Сканирующая электронная фотография наноразмерных щетинок, сформировавших иерархическую спираль по мере высыхания жидкости.
Donald Ingber, Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering atHarvard University, Бостон, США
Один из проявляющихся трендов синтетической биологии - симуляция функций и активности живых органов на микроустройствах, произведённых, как микрочипы и выстеленных живыми клетками человека. Donald Ingber и коллеги использовали эту стратегию для создания "лёгкого на чипе", которое содержит пустые каналы,разделённые гибкой пористой мембраной, выстеленной с одной стороны клетками эпителия альвеол, а с другой - клетками легочных капилляров. Подвергая межтканевой интерфейс циклической деформации, эти устройства имитируют дыхательные движения. Этот простой орган на чипе повторяет ответ лёгкого человека на инфекции, воспаление и токсины. Подобные устройства предлагают новый подход к изучению лекарств и оценке токсичности соединений.
Hidetaka Suga, Yoshiki Sasai, RIKEN Center for Developmental Biology, Кобе, Япония
Хотя обычно эти технологии не относят к одной группе, технологии использования стволовых клеток имеют большую общую цель с синтетической биологией: создание искусственных органов. Ранее Sasai и его команда создали сетчатку в 3D-культуре эмбриональных стволовых клеток (ESC) и, на момент выхода выпуска, им удалось"вырастить" вне организма часть гипофиза. В чём заключался секрет создания этой железы? В организации двух слоёв эпителиальных клеток (эктодермы и нейродермы), чтобы на их интерфейсе мог сформироваться зачаток гипофиза -карман Ратке.
Изображение:
Слева:натуральный орган, сагиттарльный срез развивающегося кармана Ратке (красный)эмбриона мыши на 12 день. Карман Ратке помечен красным при помощи антител кPitx1, в то время, как гипоталамус помечен зелёным за счёт антител к Rx.
Справа:искусственный орган, карманы Ратке (зелёные и белые) самообразовались в скоплениях эмбриональных клеток на 13 сутки. Зелёные, белые и красные цвета ассоциированы с антителами к Lim3, Pitx1 и Tuj1, соответственно. Для окраски ядер в синий цвет на обоих изображениях использовался Dapi.
Alex Kushleyev, Daniel Mellinger, Vijay Kumar, University of Pennsylvaniaand KMel Robotics, Филадельфия, США
И, наконец,почему бы не обсудить "синтез" сложного биологического поведения?Один из наиболее часто повторяемых типов поведения - коллективный полёт пчёл и других насекомых, известный, как роение. Vijay Kumar и его группа сделали впечатляющий шаг к повторению роения у летающих дронов. Они использовали полностью автономные (без дистанционного управления!) квадрокоптеры, которые способны совместно маневрировать вокруг препятствий, лететь в определённой формации и объединяться в небольшие структуры.
Живущие в Бразилии маленькие пещерные насекомые обладают непривычной для нас особенностью. Их самцы имеют вагину, а самки — длинный мускулистый пенис с крючками, не дающими «кавалеру» сорваться и удрать.
Впрочем, кто еще кавалер? У насекомых родов Afrotrogla и Neotrogla, относящихся к трибе Sensitibillini, ведущую роль в делании будущих детей играют именно самки. Именно они, как деликатно выражается Википедия, «заякоривают» самца и неторопливо получают от него сперму. Секс насекомых может продолжаться до двух-трех суток. Вероятно, в ходе этого процесса они что-то чувствуют, но нам об этом пока не рассказали.
Наши половые гиганты имеют размер порядка трех миллиметров. У самок есть ясно видимый пенис, у самцов — вагина. Совокупление выглядит соответственно — самка вводит свой член в половой орган самца.
Насекомые обоих родов были обнаружены недавно, их особенность нуждалась в объяснении как сама по себе, так и во временном контексте — надо было понять, развилась ли инверсия половых ролей независимо, или она когда-то появилась у общего предка группы, которая затем разошлась. Ситуация осложняется тем, что у обоих видов существует близкий родственник — род Sensibilia, половые органы и привычки которого более-менее сохраняются в привычном нам виде.
В своей статье, опубликованной в Biology Letters, ученые описывают свой опыт соприкосновения с непривычной «реальностью наоборот».
По мнению энтомологов, эволюционный смысл экзотики прозаичен. В пещерах мало еды, поэтому сильная половина родов Afrotrogla и Neotrogla заинтересована больше в том, чтобы убежать и перекусить, чем в том, чтобы помогать малознакомым женщинам делать детей. Из-за этого самцов надо ловить и принуждать к спариванию.
Инвертированные половые органы обеих родов в ходе эволюции развивались независимо друг от друга. Предкового вида, который совершил «переворот», а затем передал бы эту способность потомкам, не было. Это показывает, что факторы, вызвавшие столь любопытную инверсию, имеют существенное значение.
Зоология знает немалое количество видов с нетрадиционными (для нас) половыми обычаями, но бразильские пещерные насекомые даже на их фоне исключительны.
Химики получили новую форму углерода — цикло[18]углерод (C18)
https://naked-science.ru Число известных модификаций углерода снова выросло: ученые смогли получить из него стабильные кольца, содержащие сразу 18 ковалентно связанных атомов.
15 августа 2019 года группа учёных из Оксфордского университета и IBM Research в Цюрихе опубликовала статью, где сообщила об успешном синтезе молекулы цикло[18]углерода. Возможность существования такой формы ранее была лишь гипотетической. Исследователи сначала получили оксид целевой молекулы — цепочку из 18 замкнутых в равнобедренный треугольник атомов углерода. Вершины треугольника стабилизировались СО–группами. Затем ученые удалили СО–группы при помощи слабых токов иглы атомного силового микроскопа. В результате авторам удалось впервые получить 18–членное кольцо циклокарбона, содержащее только углеродные звенья, и сделать его снимок.
Спутник "Эхо-1" был разработан для исследований в области использования спутниковых космических ретрансляторов. Находясь на орбите, спутник должен был обеспечить ретрансляцию радиосигнала между двумя станциями на Земле, отражая радиоволны в качестве пассивного рефлектора. Так как приёмопередающее оборудование (кроме простого радиомаяка) на спутнике отсутствовало, он представлял собой спутник-баллон: сферу из тонкой полиэфирной плёнки (толщина 0,127 мм) с алюминиевым напылением для отражения радиосигнала.
Диаметр спутника составлял 30,5 метров. В ходе запуска спутник в сложенном состоянии размещался под обтекателем ракеты-носителя. Далее внутрь полимерной сферы закачивалось некоторое количество ацетальдегида, который, газифицируясь в вакууме, надувал спутник-баллон после выведения на орбиту. Масса спутника — 76 кг.
"Эхо-1" был выведен на орбиту Земли 12 августа 1960 года ракетой-носителем Delta. Параметры орбиты на момент выведения: высота 1519 × 1687 км, наклонение 48 градусов. В ходе работ со спутником проводились исследования по межконтинентальной радио- и телесвязи (диапазоны 960 и 2390 МГц).
Важной задачей программы стали исследования плотности экзосферы Земли: из-за своего значительного размера и большой парусности (при малой массе) "Эхо-1" быстро тормозился в верхней атмосфере Земли. Деградация орбиты спутника позволила определить многие параметры среды на его высоте, включая периодические изменения в плотности верхней атмосферы Земли из-за влияния солнечного ветра (солнечной активности). Давление солнечного света (эффект «солнечного паруса») на спутник также оказалось весьма заметным.
Немалое значение имели и оптические наблюдения спутника. Благодаря зеркальному покрытию и большому размеру "Эхо-1" был самым ярким искусственным спутником на ночном небе: его звездная величина достигала −1m. По визуальным и фотографическим наблюдениям "Эхо-1" были получены результаты в области спутниковой геодезии.
"Эхо-1" вошёл в плотные слои земной атмосферы и разрушился 24 мая 1968 года.
"Эхо-2" — искусственный спутник Земли, пассивный спутник связи. Разработчик и оператор — NASA, находился на орбите с 1964 по 1969 год.
"Эхо-2" в сравнении с "Эхо-1" имел несколько большие размеры — диаметр 41 м, вес 256 кг. Запущен на орбиту 25 января 1964 года. Параметры орбиты на момент выведения: высота 1030 х 1315 км, наклонение 81,50 градусов. Большее наклонение орбиты обеспечило лучшую видимость ИСЗ в высоких широтах. "Эхо-2" использовался в совместной программе исследований по спутниковой связи СССР и США, широко проводились его визуальные и фотографические наблюдения (спутниковая геодезия и триангуляция, а по наблюдениям эволюции орбиты — изучение вариаций плотности верхней атмосферы Земли). Спутник вошёл в атмосферу Земли и сгорел 7 июня 1969 года.
Испытания термоядерного реактора в Китае увенчались серьезным достижением. В ходе эксперимента была создана плазма температурой около 50 миллионов градусов по Цельсию — то есть в реакторе было жарче, чем в ядре Солнца — и физикам удалось удержать эту температуру на целых полторы минуты.
Опыты проводили в экспериментальном сверхпроводящем токамаке, известном как EAST.
Поддержание подобных температур в течение долгого времени необходимо для создания энергии — долгосрочной цели всех термоядерных реакторов. Эти реакции должны идти долго, так как для того, чтобы довести плазму до такой высокой температуры требуется огромное количество затрат. Иными словами, если плазма остывает быстро, то термоядерный реактор просто потребляют энергию, а не производит ее. Вот только контроль такого интенсивного жара — это очень непростое дело, так как подобная высокая энергия создает нестабильные состояния, с которыми очень трудно справиться. В этом отношении 102 секунды (а именно столько удалось китайским ученым удерживать температуру плазмы) это очень большой шаг вперед.
Это не самая высокая температура, когда-либо созданная на земле. Рекорд принадлежит большому адронному коллайдеру, где сумели создать плазмовый «суп» из субатомных глюонов и кварков с температурой около 5,5 триллионов градусов Цельсия, то есть она в 250 тысяч раз превысила температуру в центре Солнца. Но это состояние длилось меньше доли секунды, и для выработки энергии оно бесполезно.
Согласно мнению большинства ученых, для того, чтобы термоядерный реактор начал активно вырабатывать энергию, в нем нужно длительно поддерживать температуру в 100 миллионов градусов по Цельсию — то есть, все еще только начинается. По общим прогнозам пройдет еще лет десять, прежде чем хотя бы один из этих реакторов станет энергетически прибыльным.
Нейробиологи доказали, что в ДНК можно хранить не только генетическую, но и любую другую информацию
Ученые записали в ДНК бактерии короткий мультфильм, а затем с помощью секвенирования генома восстановили его с 90-процентной точностью. Таким образом нейробиологи показали, что в ДНК можно хранить не только генетическую, но и любую другую информацию. Результаты опубликовали в журнале Nature.
«Возможность отследить последовательные изменения, вроде смены кадров фильма, на молекулярном уровне — ключ к созданию технологии записи с помощью молекулярной инженерии», — комментируют работу авторы.
Для эксперимента нейробиологи использовали технологию редактирования генома CRISPR-Cas9. Они поместили в ДНК пять кадров, изображающих всадника — по кадру в день. Затем исследователи секвенировали геном бактерии и с точностью в 90% восстановили мультфильм.
Авторы исследования надеются, что эту технологию в будущем можно использовать для моделирования заболеваний и, возможно, их лечения.
