дело об устройстве горноспасательной станции

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).

источник

Перепрограммируя форму

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).

источник

ДНК-роботы

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.

источник

К минимальным клеткам

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.

источник

Поймай-И-Отпусти

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.

источник

Нанодреды

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.

Больше здесь

Лёгкое на чипе

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.

источник

Синтезируя органы

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.

источник

БОНУС: пчёлы-роботы

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.

You'll always find exciting science n Cell !

Портативный принтер

ссылка на гифку

Методы повышения рабочей сознательности - мужчина смотрит на табличку, извещающую, что здесь живёт прогульщик. 1930 год.

Группа мотоциклистов Русской Императорской Армии рядом с мотоциклом марки "Harley-Davidson". У одного из мотоциклистов на груди Георгиевский крест и он вооружён бебутом, состоявшим на вооружении русской армии, в основном у артиллерии.

Немецкие солдаты с "добычей" после охоты на окопных крыс, ставших настоящим бедствием для фронтовиков на войне. Первая мировая война, 1914-1918 годы.

На Луне исчез американский флаг

Спустя 40 лет после последней высадки американских астронавтов на Луну умы специалистов NASA оказались заняты парадоксальным вопросом: куда делось одно из установленных в лунный грунт полотен? В 1960-х гг. астронавты совершили шесть высадок, во время каждой из них они оставляли звездно-полосатый флаг, однако свежие снимки, сделанные автоматической межпланетной станцией, показали: один из них бесследно пропал со спутника Земли. Марк Робинсон, один из ученых, задействованных в лунной программе, заявил в интервью Daily Mail, что на фото видно, как пять оставшихся полотен отбрасывают свою тень на лунную поверхность, однако на месте шестого нет ни флага, ни тени. Четкого ответа, куда пропал стяг, в NASA пока нет. По одной из версий, он мог сгореть во время взлета «Аполлона-11». Описывая состояние тех флагов, что еще находятся на Луне, исследователь добавил: «Что касается меня, разумеется, я был несколько озадачен, что флаги вообще перенесли столько лет мощного ультрафиолетового излучения и перепады температуры. Как они выглядят — это, конечно, другой вопрос».
По словам Робинсона, температура воздуха на земном спутнике в зависимости от региона колеблется от -120°С до -140°С. Программа пилотируемых космических полетов NASA «Аполлон» была принята в 1961 году. Ее целью являлось осуществление первой высадки на Луну. Требование быть на спутнике Земли первыми и сделать это до 1970 г. было озвучено тогдашним президентом США Джоном Кеннеди. В 1969 г. знаменитая экспедиция, в которой участвовали трое американских астронавтов — Нил Армстронг, Эдвард Олдрин и Майкл Коллинз, — достигла Луны. Первым из людей на лунную поверхность ступил Армстронг. Репортажи о том полете вели все ведущие телекомпании мира, за исключением советских и китайских. Программа «Аполлон» была завершена только в 1975 году.

100 ингредиентов грудного молока невозможно воссоздать в смеси

Всем известно, что лучшим питанием для грудного ребенка является грудное молоко, но не все понимают насколько оно уникально. Многие производители молочных смесей для детского питания заявляют, что они могут воспроизвести компоненты грудного молока. Однако совсем недавно специалисты открыли 100 компонентов грудного молока, которые невозможно воссоздать в детской молочной смеси.
Уровень питательных веществ, таких как углеводы, белки, витамины и минералы часто существенно отличается в грудном молоке и молочной смеси.
Когда дело касается содержания углеводов, грудное молоко превосходит искусственную смесь. То же самое касается уровня лактозы. Ранее ученые доказали, что лактоза способствует лучшему развитию мозга.
Защитники искусственных смесей пытались доказать, что смесь содержит больше белка и железа, чем грудное молоко. Однако хотя это и верно, и белок и железо в грудном молоке гораздо легче усваивается ребенком. Другими словами, больше не всегда означает лучше.
К тому же, более высокое содержание некоторых витаминов и минералов в детской смеси может на самом деле только навредить младенцам, подрывая равновесие в кишечнике, что ведет к различным проблемам со здоровьем.
Также грудное молоко содержит живые антитела, которые передаются от матери к ребенку, которые невозможно воссоздать в искусственной смеси.

Чем отличаются друг от друга сперматозоиды?

Ученые сравнили геномы обычных клеток и сперматозоидов. Исследователи из Стэнфорда рассказали в журнале Cell, что им открылось после прочтения ДНК сперматозоида человека.
Даже не специалист в научных вопросах отметит, что человеческий геном секвенировали почти десятилетие назад. Чтобы понять, за что геном сперматозоида удостоили статьи в Cell, напомним, что человек, как всем известно, имеет 23 пары хромосом. Однако у половых клеток хромосомы все без пары, то есть яйцеклетка и сперматозоид имею просто по 23 хромосомы.
Дочерние клетки получают от половых гомологичные хромосомы (имеющие одинаковые гены, но разные аллели). Например, обе хромосомы содержат ген цвета глаз, однако одна из них будет содержать аллель карего цвета, а другая – зеленого. При этом гомологичные хромосомы претерпевают рекомбинацию – они обмениваются участками ДНК. В процессе рекомбинации хромосомы расходятся по яйцеклеткам и сперматозоидам, а потом соединяются случайным образом в оплодотворенном яйце, благодаря чему достигается огромное разнообразие получившихся таким образом геномов, и, следовательно, повышаются шансы выживания видов.
Все это свидетельствует о том, что сперматозоиды по их геному должны сильно отличаться от других клеток тела, но до сих пор ни у кого так и не доходили руки до сравнения этих геномов. Стэнфордские ученые провели эксперимент с участием 40-летнего мужчины, имеющего здоровых детей и здоровые сперматозоиды. Исследователями были секвенированы геномы 91 сперматозоида. Полученные последовательности специалисты сравнили с ДНК обычных клеток подопытного.
Оказалось, что геномы сперматозоидов на удивление разнообразны. По словам исследователей, в среднем рекомбинация ДНК для сперматозоида осуществлялась 23 раза. Для некоторых сперматозоидов это значение было гораздо выше. С мутациями дела обстоят аналогичным образом. К примеру, при созревании два сперматозоида вообще лишились хромосомы. В среднем заменялись 25-36 единичных нуклеотидов на клетку. Какие-то мутации были благоприятными, а какие-то, наоборот, могли привести к гибели эмбриона в случае соединения такого сперматозоиды с яйцеклеткой.
При этом никаких аномалий у детей не наблюдалось, а сперма испытуемого казалась совершенно здоровой. Это свидетельствует о том, что даже если человек имеет абсолютно здоровую родословную, его дети могут иметь генетические отклонения.

4 кг бактерии Clostridium Botulinum достаточно, чтобы убить всё человечество

Clostridium Botulinum — спорообразующая палочка, продуцирующая ботулизм — одно из самых токсичных созданий на Земле. Одной чайной ложки этого яда достаточно, чтобы убить все население Соединенных Штатов Америки, а 4-х килограмм — всего человечества. Палочка ботулизма вызывает паралич диафрагмы, разрывает связь между мозгом и мышцами, приводит к асфиксии.
Clostridium Botulinum есть везде, она живет на всех континентах и материках, в грунте. Эта бактерия способна выжить даже в солёной морской воде, в жаркой Сахаре и Антарктиде, что говорит о её идеальной способности приспосабливаться к различным условиям природной среды. Единственное, что спасает человека от заражения палочкой — желудочный сок, убивающий развитие бактерии. Если же споры начали образовываться, сдержать их рост очень тяжело. Они трудно выводятся даже при 10-минутном кипячении. Оптимальные условия для развития палочки ботулизма сохраняются, например, при холодном консервировании. При употреблении заражённой пищи только одного укуса продукта хватит, чтобы заразиться и умереть в течение одного дня. Ни один человек, ни одно животное на планете не имеет иммунитета к ботулизму. Всего один грамм на килограмм массы тела спороносной палочки становится гарантом развития ботулизма и летального исхода. Взрослый слон весит 5,5 тонн, он умрет менее чем за 3 дня при употреблении в пищу 0,005454 мг токсина.

Почему кошки облизывают людей?

Земное яблоко Мартина Бехэйма, 1492.

«Земно́е я́блоко» (нем. Erdapfel) — традиционное название глобуса, созданного Мартином Бехаймом в Нюрнберге. Надпись-посвящение у южного полюса говорит, что глобус изготовлен в 1492 году по заказу городского совета. Но на самом деле по существующим документам он был физически изготовлен в 1493—1494 годах и городской совет только в 1494 году заплатил за его создание. Этот глобус является старейшим сохранившимся до наших дней.

Американский сержант Костанцо (Gene Costanzo) целует маленькую французскую девочку на площади французского городка Сен-Бриак-Сюр-Мер (Saint-Briac-Sur-Mer). Вокруг них хоровод из молодых женщин. Авторское название снимка: «Поцелуй освобождения». 1944 год.

Солнечное затмение на краю Солнечной системы

Межпланетная станция New Horizons ("Новые горизонты") после пролета мимо Плутона сфотографировала затмение Солнца карликовой планетой. На фотографии виден ореол, который, по данным ученых, говорит о наличии на Плутоне атмосферы (из этана и метана). Снимок сделан 15 июля, на Землю поступил 23 июля, сообщает NASA.

Давление на планете в 100 тыс. раз меньше, чем на Земле. Из–за этого на Плутоне часто меняется погода. Ученые также нашли ответ на вопрос, почему Плутон окрашен в красный цвет. Оказалось, что в атмосфере карликовой планеты существует своеобразный туман из углеводородов и что над его поверхностью идет постоянный "дождь", окрашивающий ее.

Кроме этого, изучив фотографии Плутона, ученые обнаружили на планете признаки недавней геологической активности, а именно движения азотного льда, перемещение которого похоже на миграцию ледников на Земле.

Недавние снимки АМС Кассини показали что Пан, спутник Сатурка, представляет собой космический пельмень.