Tag Archives: Научни новини

Научни новини: Полезни отпадъци, пречистване на вода, „Старлайнер“ и „Вояджър 1“

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-polezni-otpadutsi/

Полезни отпадъци

Научни новини: Полезни отпадъци, пречистване на вода, „Старлайнер“ и „Вояджър 1“

Използването на плодовете на какаовото дърво е древна традиция, започнала преди повече от 5000 години в Южна Америка, на територията на днешен Еквадор. Европейските колонизатори за първи път пренасят какаови зърна на Стария континент през XVI век и както се казва, останалото е история. 

Традиционната технология за производство на шоколад е изключително трудоемка. Плодовете на дървото се берат ръчно, след което се изважда сърцевината им – лепкава маса от пулп и семена. Тя преминава през няколкодневна ферментация, после зърната се изсушават, изпичат и смилат, за да се получи какаова маса, която служи за основа на различни продукти.

Тъй като какаовата маса не съдържа много естествени захари, тя не е особено сладка и има характерен горчив вкус. Затова към нея обикновено се прибавят захар, мляко на прах и други добавки. Понякога това се прави дори и за натуралните шоколади, за да им се придаде известна сладост.

Интересен подход за намаляване на екологичния отпечатък от производството на шоколад е т.нар. шоколад от цял плод. В него се използват части от плода, които обикновено се изхвърлят – вътрешната част на шушулката (ендокарп) и месестият пулп, обвиващ семената. За целта ендокарпът се стрива на прах и се смесва с пулпа, за да се образува сладък гел. След смесването му с емулгатор (например лецитин) този гел може да замести рафинираната захар в шоколада.

След изпитване на различни рецепти в лабораторни условия учени са намерили една рецепта, при която текстурата на шоколада е неразличима от традиционно приготвения. Резултатът е потвърден от 11-членно жури. Вкусът не отговаря напълно, защото продуктът не е толкова сладък, колкото контролата. Това вероятно се получава, защото гелът е с по-едри частици, които не са с кристална структура и не се разтапят в устата като захарта. Друга промяна във вкуса е появата на специфични плодови нотки.

Това води и до следния недостатък на технологията: приложима е само в производството на тъмен шоколад, чийто конвенционален еквивалент съдържа около 10% добавена захар.

Все пак подходът има предимства както от хранителна, така и от екологична гледна точка. Освен че количеството на вложената захар намалява, в шоколада има повече фибри и по-малко наситени мазнини поради редуцираното количество какаово масло (което понякога се заменя с рибено). Ползите за природата също са разнообразни: избягват се отглеждането и транспортът на захарно цвекло, производството е по-независимо, а отпадъците намаляват.

Идеята на учените не е революционна, защото подобни шоколади се предлагат на пазара от няколко години, макар да са все още рядкост. Но в изследването си авторите описват начин за прецизиране и оптимизиране на технологията и измерват потенциалния ефект върху околната среда – фактори, които са важни за масовото ѝ въвеждане.

Външната част на шушулките на какаовия плод също може да бъде оползотворена за производството на забавители на горенето. Това са вещества, с които могат да се третират материали, така че драстично да се намали тяхната запалимост. По-старите забавители са бром- и хлорсъдържащи молекули, които са токсични. Това налага забраната на употребата им и въвеждането на нови продукти, един от които се базира на модифициран лигнин. Обикновено лигнинът се добива от дървесина, но се съдържа и в други видове растителни тъкани, като шушулките.

За извличането му шушулките първо се смилат на прах, след което минават през няколко стъпки на обработка за отстраняване на мазнини, въглехидрати и белтъчини. Полученият чист лигнин може да се модифицира в три химични стъпки, така че към него да се прикачи молекула, наречена DOPO, която му придава способността да забавя горенето. Така обработеният лигнин не гори при нагряване, а само се овъглява.

Резултатът е обещаващ, но въпреки че DOPO се счита за вещество с ниска опасност за здравето, авторите на изследването отбелязват, че трябва да се направи оценка на риска, преди да се използва. Ако безопасността му се потвърди, може да бъде добавен към продуктите, които се използват в момента, и да даде възможност за оползотворяване и добавяне на стойност при отпадъци от земеделието.

Пречистване на вода

С промяната на климатичните условия достъпът до питейна вода на големи групи хора ще става все по-голямо предизвикателство. Едно от решенията е използването на океанска вода, но обезсоляването ѝ е изключително скъпо, енергоемко и неприложимо в много географски райони, застрашени от недостиг на вода. Там обикновено се прибягва до изпомпване на вода от подземни находища, която често съдържа най-различни замърсители – тежки метали, пестициди, торове.

Индия е такова място – в много от щатите ѝ нивата на арсеник и флуор са над допустимите според Световната здравна организация. За решаването на този проблем местен колектив е разработил иновативна технология, която не само пречиства водата, но и позволява безопасно депониране на замърсителите, както и многократно използване на системата.

Процесът започва с пропускането на замърсената вода през филтър, направен от хитозан, към който са добавени метали – желязо и алуминий. Хитозанът е естествен полимер, получен при третирането на хитина от черупките на ракообразни с основен агент (например натриева основа). При преминаването на водата през филтъра арсеникът се адсорбира върху хитозана и така водата се пречиства.

Следващата стъпка е отделянето на арсеника от филтриращия материал, който по този начин се регенерира за повторна употреба. Това се постига с помощта на промиването му с разтвор на натриева основа. Отработеният разтвор се пречиства през мембрана, която отделя арсеника от него, и той може да се използва отново.

Финалната стъпка е биоремедиацията на арсеника с помощта на тор от крави. В него се съдържат микроорганизми, които имат способността да метилират арсеника и да го преобразуват от неорганичен тежък метал в многократно по-безопасна органична форма. За този процес е нужно кратко време (около седмица) и после получената смес може да бъде депонирана, без да оказва голямо влияние върху околната среда.

Процесът се прилага успешно и при замърсяване от флуор, като за целта в последната стъпка той се утаява с помощта на калциев хидроксид (гасена вар) или калциев хлорид. Получената утайка от калциев флуорид е неразтворима във вода и е практически инертна форма на флуора.

Възможността за преизползване на много от компонентите в процеса прави разработката на екипа практична и иновативна – качества, които са отразени в заявление за патент от началото на годината. Изследователите вече работят върху подобряване на технологията, така че да може да се използва и за други тежки метали, както и в по-голям мащаб. Идеята е в малките населени места, където няма достъп до много средства и инфраструктура, да се изградят пречиствателни станции, които да осигуряват чиста питейна вода и да бъдат лесни за поддръжка.

За пречистване на вода може да се използват и различни растителни отпадъци. Процесът, при който замърсителите се адсорбират (прикрепват се по повърхността ѝ) или абсорбират (вмъкват се в нея) от биологична матрица, може общо да бъде наречен биосорбция.

Биосорбцията набира популярност и съществуват редица примери за употребата ѝ – абсорбция на живак в използвано кафе, лекарствени продукти в люспи от ориз, багрила в черупки от орехи. Кокосовите отпадъци, съставляващи над 60% от целия плод, са особено добър адсорбент и може да се използват за премахване на кобалт, хром и никел, при това без никаква обработка. 

За подобряване на способността за свързване на опасните субстанции растителните отпадъци могат да бъдат третирани по различен начин – с киселини, основи или други вещества. Така тяхната структура се променя и адаптира спрямо замърсителите. Недостатък е, че при тази обработка често се генерират токсични отпадъци, които следва да се третират по специален начин, за да се обезвредят.

Постигнатите до момента успехи са обобщени в публикация, в която също се предлагат разнообразни методи за оптимизация на технологията. Авторите не крият и предизвикателствата, които трябва да се преодолеят преди по-широкото ѝ приложение. Преработката им може да създаде нови потоци, които трябва да бъдат пречиствани. Също така тяхната селективност не е висока и понякога замърсителите не могат да бъдат извлечени. Това ограничава възможността за преизползването на биосорбантите, както и за връщането на тежките метали в различни производствени процеси.

Въпреки това технологията изглежда перспективна и се работи активно за премахване на тези пречки. Пример за подобряване на регенерацията е третирането с ултразвук или електрохимически методи. Със задълбочаване на климатичните промени нуждата от използване на цялата добита биомаса ще се увеличава, тъй като земеделието ще става все по-енергоемко, скъпо и трудно. Подобни технологии са много обещаващи, защото предоставят възможност ключови ресурси като например замърсените води да станат достъпни.

„Старлайнер“ е в орбита

След дългогодишни отлагания капсулата „Старлайнер“ на „Боинг“ бе изстреляна към Международната космическа станция (МКС) с екипаж от двама астронавти – ветераните Сунита Уилямс и Бъч Уилмор. Първоначалният план беше капсулата да е завършена през 2014 г., а полетите с екипаж да започнат през 2017 г., но първо проектът имаше финансови проблеми с одобряването на бюджета за НАСА, а след това технически – от страна на „Боинг“. През 2022 г., след успешен пробен полет, капсулата беше одобрена за тест с астронавти, но при проверка се установи, че е използвана запалима изолация на кабелите и беше открит проблем с парашутите, което наложи поредното отлагане.

В последните няколко месеца различни технически спънки забавиха полета, като непосредствено преди него беше установен и теч на хелий в системата за управление на капсулата. След преценка на риска беше взето решение, че тя може да бъде изстреляна. За съжаление, изпускането на газ се оказа само началото – след като стигна до ниска околоземна орбита, по време на захода към МКС в капсулата се появиха нови течове и няколко от двигателите за контрол на ориентацията ѝ отказаха. Това наложи известно забавяне на скачването, но то се осъществи и в момента астронавтите са в станцията.

От НАСА и „Боинг“ взеха решение да забавят връщането на капсулата към Земята, докато не се анализират всички данни. Ако няма промяна в текущите планове, астронавтите трябва да кацнат на 26 юни в Ню Мексико.

Въпреки възникналите проблеми успешният полет до МКС е добра новина за НАСА, тъй като след разрешаването им агенцията ще има достъп до две компании (заедно със SpaceX), които могат да извеждат астронавти в орбита. И НАСА, и „Боинг“ разглеждат ситуацията по-скоро като възможност за изчистване на грешки и извличане на информация за подобряване на капсулата, отколкото като провал.

„Вояджър 1“ отново изпраща научни данни

След като повече от половин година не беше ясно дали „Вояджър 1“ ще може да прави измервания и да ги изпраща към нас, благодарение на усилията на техническия екип в НАСА той отново работи на пълни обороти, или поне доколкото позволяват намаляващите му ресурси.

През април с далечната сонда беше осъществена връзка и екипът на НАСА започна да получава диагностични данни, които помогнаха за точно определяне на проблема и изпращане на обновен софтуер, който да заобиколи повредената памет в бордовия компютър. Месец по-късно, в средата на май, към апарата беше изпратена команда да започне да връща данни от два от научните си инструменти – подсистемата за измерване на плазмени вълни и магнетометъра.

Преди няколко дни от НАСА съобщиха, че получават данни и от други два прибора – подсистемата за измерване на космически лъчи и инструмента за измерване на заредени частици. На сондата има още шест измервателни уреда, но те не са активни или поради повреда, или защото са изключени, за да пестят енергия. Апаратът се захранва от генератор с радиоактивни изотопи, който бавно губи ефективността си, и се очаква около 2030 г. да не може да захранва дори и активните към момента четири инструмента.

Екипът планира няколко софтуерни обновления за подобряване работата на апарата. Първо ще бъдат синхронизирани отново часовниците на бордовите компютри, така че всички зададени инструкции да се изпълняват в правилния момент. След това ще бъде направен опит да се оптимизира работата на системата за записване на данни от инструмента, измерващ плазмените вълни. Тези данни се записват на магнитна лента и се изпращат два пъти в годината към Земята, за разлика от повечето друга информация, която не се съхранява, а се изпраща директно.

Така сондата отново заема мястото си на пионер в изследването на междузвездното пространство. Това е районът на Космоса отвъд хелиосферата – сферата, в която все още се усеща ефектът от магнитните полета и заредените частици (т.нар. слънчев вятър), излъчвани от Слънцето. Мисията „Вояджър“, състояща се от два идентични апарата, изстреляни с около две седмици разлика, е най-старата активна мисия на НАСА – 50-годишният юбилей ще бъде отбелязан през 2027 г. Двата апарата са и най-далечните обекти в Космоса, създадени от човек – намират се на почти един светлинен ден от Земята, или над 24 млрд. км.

Научни новини: Хипоалергенни котки, чревен микробиом, хитри видри и ванилия за разкош

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-hipoalergenni-kotki/

Хипоалергенни котки

Научни новини: Хипоалергенни котки, чревен микробиом, хитри видри и ванилия за разкош

Основна задача на имунната ни система е да ни предпазва от неприятели. Но понякога тя действа прекалено агресивно и се активира при попадането на дори безвредни за нас частици и субстанции в организма ни. Тези алергични реакции се изразяват с различни по сила и вид симптоми, някои от които животозастрашаващи. В общия случай алергичните реакции се третират с медикаменти, които пациентът приема. С все по-интензивното прилагане на генни редакции с помощта на CRISPR възможностите за терапия предлагат и изместване от пациентите към самите източници на алергените, ако те са от растителен или животински произход.

Счита се, че около 10–15% от хората имат алергия към котки, която се проявява с различни симптоми – от възпаление на лигавиците до астма. Основният им алерген е Fel d 1 – протеин, който се отделя в слюнката и мастните жлези на животните. Въпреки че някои породи отделят по-малко от него (например бенгалските, ориенталските късокосмести, сибирските котки и др.), в повечето случаи те също успяват да провокират алергичен отговор и няма напълно хипоалергенни котки. Точната функция на протеина не е известна, но учените са открили сходство със защитен токсин, отделян от яванското дебело лори, и протеин при мишките, който участва в подбора на партньор.

През годините са правени редица опити за потискане на този ген. Първоначалната стратегия е използването на антитела, които котките приемат с храната. Резултатите от това са обещаващи, но такъв тип „хранителни добавки“ са скъпи и котките трябва да ги приемат постоянно. Преди две години екип описа възможността за нарушаване на синтеза на Fel d 1 с помощта на CRISPR в тъканна култура. Логичното продължение на това е създаването на първите генно редактирани хипоалергенни котки, описани в публикация от началото на 2024 г.

Използвайки CRISPR, учените първо са направили ембрионални клетки, в които е проведена редакцията, пречеща на котките да синтезират алергена. След това тези ембриони са имплантирани и от тях са получени две котета – мъжко и женско. Мъжкото (Heavy) е „мозаечно“ – носи два типа редакции в гена. Женското (Haemi) е хетерозиготно: единият алел на гена е редактиран, а другият – не. Въпреки че редакцията е непълна, и двете животни отделят по-малко количество от протеина в сравнение с нередактирана котка. При Heavy резултатът е по-слаб – седем дни след като котките са изкъпани, нивата са почти сходни с тези при нередактираната котка. Разликата в Haemi е осезаема, понеже спадът е почти осем пъти в слюнката ѝ и почти шест пъти по козината.

Но най-драстична е разликата в сина им, хомозиготния Alsik, в който спадът е над 98%. Според учените алергенът, който откриват по него, може да е пренесен от нередактираните котки, тъй като всички животни са отглеждани в обща стая, симулираща нормален дом. Именно поради това екипът обявява, че е създадена първата хипоалергенна котка. За допълнително потвърждение на това Alsik е клониран, като и неговият клонинг Alsik C проявява същите качества и според генетичен анализ е идентичен с „родителя“ си. Авторите отбелязват, че редактираните котки, както и клонингът са здрави и активни и към момента нямат видими симптоми.

Преди да бъдат предложени на пазара, ще трябва да се проведе и клинично изследване, при което да се проследи отговорът на алергични пациенти. Първоначалните резултати изглеждат изключително обещаващи и най-вероятно, ако не се появи скрит здравословен проблем, любителите на котки ще могат да се радват на модерните си четирикраки приятели. Засега не е ясно как подобни животни ще бъдат регулирани, но със сигурност интересът към тях ще бъде висок, тъй като котките са едни от най-популярните домашни любимци.

Здрав корем – здрава глава

Ние сме гостоприемници на множество микроскопични обитатели, въпреки че мисълта за това е малко смущаваща. Най-голям брой от тях живеят в храносмилателната ни система – чревният микробиом. Това са множество микроорганизми, които населяват червата ни и ни помагат да усвояваме по-пълноценно храната, която приемаме.

Влиянието на микробиома върху психичното здраве е известен феномен. Един от предполагаемите механизми е по линия на разнообразието на видове и баланса между тях. Изпитанията на ефекта от евентуален дисбаланс при хора са трудни и обикновено се използват животински модели. Един от подходите е съществуващата микрофлора да се премахне с помощта на широкоспектърни антибиотици, след което животните да бъдат захранени с определени микроорганизми.

Интересно изследване е прехвърлянето в плъхове на посевки от пациенти с клинична депресия и от хора без оплаквания. Седмица след трансплантацията гризачите от първата група започват да показват признаци на влошено психично здраве – анхедония и тревожност. Забелязани са промени и в нивата на триптофан – една от незаменимите аминокиселини, прекурсор на серотонина, т.нар. „хормон на щастието“. Нарушенията на този метаболитен път са свързани с различни психични разстройства, като клинична депресия, биполярно разстройство и шизофрения. Авторите отбелязват, че между човека и плъха не може да се направи пълен паралел, но все пак експериментът е показателен за влиянието на микрофлората върху психичното ни състояние.

Нова публикация показва, че освен върху настроението, чревният микробиом може да има ефект и върху поведението ни. В случая експериментът е проведен с доброволци от германски университет. След като участниците са разделени в две групи за установяване на базово ниво, те се включват като приемащи в „игра с ултиматум“. В нея има двама участници – предлагащ и приемащ. Предлагащият има възможност да избере как да раздели определена сума (в изследването са 10 евро) – например да задържи 7, а приемащият да получи остатъка от 3. Ако приемащият се съгласи, двамата получават съответната сума и играта приключва, но ако откаже, тогава и двамата не получават нищо.

В продължение на седем седмици след провеждане на този първи рунд двете групи получават или достъпен на пазара продукт, съдържащ пре- и пробиотик, или плацебо. Резултатът при повтаряне на играта е изненадващ – първата група е станала по-склонна да отхвърли предложение, което ощетява участниците.

Промени има и в нивата на тирозин – прекурсор на невротрансмитера допамин. Така се прави връзка между нивата на триптофан и тирозин. Предишни изследвания са показали, че съотношението между серотонин и допамин има влияние върху вземането на решения в социален аспект, включително и прилагането на алтруистично наказание, както в случая на отхвърлянето на предложението в играта с ултиматум.

Установяването на пълното значение на тези взаимовръзки най-вероятно ще отнеме дълго време, но вече е ясно, че освен чрез блуждаещия (вагусен) нерв към централната нервна система се предава информация и чрез химически сигнали, върху които чревната ни микрофлора има учудващо голям ефект.

Хитри видри

Използването на инструменти не е явление, което се среща само при хората. Освен при по-близките ни примати това се наблюдава и при други бозайници, както и при птици, главоноги и др. Понякога животните си служат с тях за подслон или игра, но в повечето случаи е за по-лесно набавяне на храна.

Морските видри имат богата диета, като едни от любимите им храни са морски охлюви и таралежи – вероятно защото при тях лесно се достига до меките части. Но с промяната на климатичните условия популациите на тези видове понякога спадат рязко и на видрите им се налага да се хранят и с друга плячка. Това обикновено са раци, различни видове миди и малки охлюви, чиято черупка е по-твърда и създава известен проблем, тъй като при отварянето им видрите могат да наранят зъбите си. Ако зъбите им се износят или счупят, се създава сериозна опасност за животните – не могат да се хранят и са застрашени от гладна смърт.

Използването на камъни като наковалня или чук за отваряне на черупки е добре известно при видрите. Те дори имат специални „джобове“ под мишниците си, в които пазят любимите си камъни, докато се придвижват или хранят, за да са свободни и двете им ръце. За да разберат повече за това поведение, екип от учени и доброволци проследява 196 радиомаркирани видри в Калифорния.

Оказва се, че женските видри по-често използват инструменти. Според изследователите причината е, че са по-малки и по-трудно се справят с по-твърдите черупки. Така те успяват да се хранят с до 35% повече твърда храна, отколкото мъжките в същата популация. Това им дава предимство, защото диетата им е по-разнообразна и могат да се хранят по-обилно – обикновено изяждат около 25% от теглото си дневно. Бонус за дамите е, че зъбите им са в по-добро състояние, отколкото на мъжките.

За съжаление, популацията на тези видри в Калифорния е застрашена и се състои от около 3000 индивида. Те играят важна роля в регулацията на видовия състав и контролират популацията на морските таралежи. Хубавото е, че обикновено майките учат малките си да използват инструменти, така че най-вероятно поведението им ще продължи да се разпространява. Учените се надяват това своеобразно технологично развитие да помогне на видрите да се справят с променящата се диета и да започнат да увеличават броя си.

С аромат на ванилия

Ванилията е един от най-популярните аромати и се използва изключително широко в кулинарията и парфюмерията. Зад това ухание се крие молекулата ванилин – органично вещество, което се среща най-често в орхидеята Vanilla planifolia.

Тъй като естественият добив на ванилин от растението покрива много малка част от необходимите количества, съединението от дълго време се произвежда от химическата индустрия. В началото на миналия век като основен подход се налага преработката на остатъци от производството на хартия. При превръщането на дървесината в целулозната маса, от която по-късно се прави хартията, се получава течност с високо съдържание на лигнин. С помощта на меден катализатор лигнинът може да се окисли до ванилин.

Процесът е популярен до 70-те години на миналия век, когато е заменен от пряк химичен синтез от гваякол – вещество, което се среща и в природата, но като суровина се произвежда от петрол. В прехода има известна ирония – употребата на медни катализатори налага скъпа последваща обработка на продукта и отпадъците от производството, така че преминаването към нефтени суровини в случая се приема за по-екологично.

Интересно е да се отбележи, че в Норвегия все още има производство по старата технология. Една от причините е в потенциално по-плътния аромат, който би могъл да има ванилинът в този случай, тъй като не може да се пречисти напълно и в него остават малки количества примеси. Другата е, че според производителя има потребители, които биха избрали техния продукт, защото не се използва петрол.

Потенциално решение за проблема с обработката на отпадъците е предложено в началото на миналата година – замяната на медния катализатор с електричество, което прави технологията много по-екологична. Допълнителна полза е употребата на отпаден продукт, който обикновено се изгаря като източник на енергия. За получаване на ванилин той се обработва с натриева основа и карбонат и се пропуска електричество, което катализира реакцията, като добивът достига до 6% от вложената суровина. Понеже и двата химикала се използват за направата на хартия, производството на ванилин може да се включи в съществуващите фабрики и по този начин да се създаде кръгово производство.

Все пак търсенето на естествен ванилин продължава да е високо, тъй като неговият вкус и аромат се смятат за най-добри. Отглеждането на повече растения е непрактично, а и скоро може да стане невъзможно поради промените в климата. Това кара група японски учени да се опита да използва биосинтетичния път, срещан в природата.

До момента този процес е неуспешен – ензимът, отговорен за превръщането на феруловата киселина във ванилин, има изключително ниска активност извън растенията, което води до пренебрежими добиви. За преодоляване на тази спънка екипът е подбрал ензим, който катализира сходна реакция – добавяне на кислород към субстрата. Във вида, срещан в природата, той не може да взаимодейства с феруловата киселина, което налага да бъде модифициран. С помощта на симулации са установени подходящите места за редакция – оказва се, че е нужна промяна само на три аминокиселини.

Така модифицираният ензим е изключително ефективен и може да катализира реакцията без кофактори (допълнителни молекули, които са нужни на някои ензими) при стайна температура. За протичането ѝ е нужно само смесването му с феруловата киселина и аериране на сместа, за да се набави кислород за окислението ѝ, което прави процеса изключително икономичен и лесен за въвеждане. Производителността му също е много добра – грам ванилин за литър реакционна смес – и е по-висока от тази на немодифицирания ензим. Бонус е, че ензимът може да превръща във ванилин и други отпадни продукти – кумарова и синапинова киселина.

Това е сериозно постижение не само по отношение на производителността и гъвкавостта. Оптимизацията на ензими ни дава възможност да се възползваме от еволюционния процес и да го ускорим изкуствено, подобрявайки вече създаденото от природата. Така в производствата могат да се въведат реакции, които до момента не са били възможни или са били непрактични, и да се избегне отглеждането на растения, което обикновено изисква значителни ресурси.

Научни новини: Ксенотрансплантации, птичи грип, екологична „кожа“ и малко „Вояджър“

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-ksenotransplantatsii-ptichi-grip/

Необичайни донори

Научни новини: Ксенотрансплантации, птичи грип, екологична „кожа“ и малко „Вояджър“

Бъбреците са най-често трансплантираните органи в световен мащаб. Въпреки че донори могат да бъдат и доброволци, все пак има недостиг на органи. Потенциално решение за този проблем е използването на животни. Първите опити за ксенотрансплантация (прехвърляне между различни видове) са с органи от примати, но те се отхвърлят в рамките на няколко месеца.

С подновяването на интереса към процедурата за донор са избрани прасета – техните органи са сходни с човешките и за разлика от приматите не са застрашени. Наред с това могат да се подберат животни с различен размер, вероятността за предаване на заболявания е по-ниска и не на последно място – решението е по-лесно от етична гледна точка.

Миналия месец беше направена първата трансплантация на бъбрек от прасе на човек. Пациентът е на 62 години и вече е претърпял една стандартна процедура през 2018 г., но трансплантираният тогава орган отказва. Това налага той да започне отново диализа, което води до усложнения – образуване на съсиреци и запушване на кръвоносни съдове. Поради влошаващото се състояние на пациента и липсата на подходящ донор лекарите са му предложили експерименталната ксенотрансплантация.

Разбира се, процедурата не е лесна, тъй като имунната система реагира остро на орган от чужд организъм. Това е така дори и с човешки донор, което налага извършването на редица проверки за съвместимост – кръвна група, антигени и др. За да се премахне опасността за пациента, в прасето донор са направени 69 генетични редакции с помощта на CRISPR. Три от тях са свързани с премахването на гени от неговия геном, които са отговорни за синтеза на специфични молекули по клетъчните стени, които имунната ни система разпознава като нашественици.

Добавени са и седем човешки гена, които кодират протеини, намаляващи риска от отхвърляне на органите. Останалите са изрязани от генома ретровируси, които са счетени за потенциално опасни за хората. Въпреки че към момента активацията на такива вируси в човешки гостоприемник се наблюдава рядко, рискът да се случи е по-висок при пациенти, чиято имунна система е потисната. А именно такъв е случаят при трансплантациите, защото, за да се намали вероятността за отхвърляне на новия орган, се изписват медикаменти, които намаляват активността на имунната система.

Операцията е преминала успешно и пациентът вече е изписан, като в изявление той казва, че се чувства добре и се вълнува да се върне при семейството си. Дългосрочната прогноза не е ясна, но предварителните изследвания на екипа, създал генетично модифицирания донор, са обнадеждаващи. Процедурата е приложена при макаци, част от които са живели повече от една година след трансплантацията, а един – над две. Резултатите са хетерогенни и не изглеждат впечатляващо, но генните редакции са насочени към човешки реципиенти, което може да е едно от обясненията. Сходна операция, но с черен дроб, е направена и при пациент в мозъчна смърт. Експериментът е проведен в рамките на три дни, през които органът е изпълнявал функциите си нормално, поддържайки пациента в стабилно състояние. 

Това не са първите ксенотрансплантации. През 2022 и 2023 г. бяха трансплантирани две свински сърца, но с не особено добри резултати – и в двата случая органът е отхвърлен след по-малко от два месеца. Въпреки това лекарите са оптимистично настроени. В тези случаи състоянието на реципиентите е било толкова тежко, че те не са попаднали в списъците за трансплантация. Също така редакциите в донорите са значително по-малко – не е направено премахване на ретровируси от генома на прасето. Дали това е сред причините за неуспеха, е обект на дискусия и най-вероятно ще са нужни още данни. Тъй като колкото повече генетични редакции се правят, толкова по-скъп и сложен става процесът по създаване на животното донор, учените трябва да намерят оптималния брой редакции, с които могат да се получат безопасни органи.

Получаването на орган от прасе звучи като от странен научнофантастичен сюжет и сигурно няма да е по вкуса на всеки. Най-добрият вариант е създаването на органи от стволови клетки на пациента, което почти ще изключи риска от отхвърляне. Уви, тази технология е все още далеч в бъдещето, въпреки че в последните години се наблюдава известен прогрес. Това прави ксенотрансплантацията достъпно решение за пациенти, нуждаещи се от нови органи.

„Вояджър“ има проблем с паметта

Новият месец ни носи новини от далечния пътешественик, чието приключение следим внимателно. След като преди месец екипът на НАСА получи пълен пакет с данни от него, вече е ясно какъв точно е проблемът с компютъра на сондата.

Инженерите са установили, че около 3% от данните в паметта на бордовия компютър са грешни, което пречи на нормалното му функциониране. Най-вероятно това се дължи на дефект в някой от чиповете. Конкретната причина не е известна – може да бъде удар от заредена частица или просто да се е повредил след дългогодишното пътуване, но каквато и да е станало, това не е пречка. Въпреки че засега не е ясно колко време ще е нужно за справяне със затруднението, инженерите мислят, че ще успеят да заобиколят проблемния модул и „Вояджър 1“ отново ще може да изпраща научни данни.

Обновяването на софтуера на апаратите не е нещо новов края на миналата година към „Вояджър 1“ и „Вояджър 2“ беше изпратена версия, която внася корекции в двигателната им система. За да се избегне отлагането на гориво по тънките тръби, които го пренасят, използването на двигателите е разредено с цел удължаване на активния живот на сондите. Тъй като двигателите им се използват за промяна на ориентацията в пространството, така че антените им да са насочени към Земята, това ще затрудни малко комуникацията с апаратите.

В новата версия е включена и „кръпка“ за проблем, сходен с настоящия. Поради грешка в системата за управление на ориентацията на „Вояджър 1“ той започва да изпраща съобщения, които не могат да бъдат разчетени. След няколкомесечно разследване проблемът е решен и корекцията е изпратена и към „Вояджър 2“, за да се избегне появата на този проблем и при него.

Макар че комуникацията с двата апарата е трудна, те продължават да будят научен интерес – данните, които изпращат, са важни за опознаването на междузвездното пространство. По стъпките им вървят и други сонди, но до тяхното излизане извън хелиосферата има още време и загубата на „Вояджър 1“ ще бъде осезаема.

Нов гостоприемник на птичи грип

Високопатогенната инфлуенца А по птиците – птичи грип, A(H5N1) – е проблем в глобален мащаб от няколко години. Освен големите щети, които нанася на дивите популации, епидемии от него имаше и в много птицеферми, което повлия значително на цената на яйцата и пилешкото месо. В Англия имаше периоди, в които фермерите не пускаха птиците да излизат извън затворените помещения, което допълнително усложни ситуацията с яйцата от свободни кокошки.

В началото на миналата година имаше тревожни съобщения за прескачане на птичи грип към бозайници – лисици, видри и норки. Сега, около година по-късно, има ново развитие. В края на март няколко стада крави в Тексас и Канзас са дали положителен резултат за вируса, а около седмица по-късно беше съобщено за случаи в още три щата – Айдахо, Мичиган и Ню Мексико. Вирусът е открит в млякото, но при допълнително изследване на кръв и секрети от кравите пробите са били отрицателни, така че към момента учените предполагат, че се реплицира само във вимето, без да засяга значително здравето на животните. Хипотезата им е, че преносът между кравите е посредством капки мляко по дрехите, по ръцете на работниците или доилните машини.

Все още не е ясно как са започнали инфекциите. Възможно е диви птици да са заразили домашни, откъдето вирусът да е прескочил в кравите, или да е станало директно от домашни птици. Наличната информация сочи, че пренос е имало веднъж или два пъти, защото фермата в Мичиган е получила крави от една от фермите в Тексас, където е имало болни животни. Все още няма забрана за транспорт на крави, но най-вероятно, ако ситуацията се влоши, здравните власти ще издадат и такава препоръка.

Във фермите са открити и котки, които са заразени с вируса, най-вероятно от разлято мляко, с което са се хранили. При тях се засягат белият и черният дроб и в повечето случаи заболяването е летално. Това е помогнало за откриването на инфекциите във фермите, наред с промяната в млякото от болните крави.

Известен повод за притеснение е, че в Тексас вирусът е прескочил и към един от работниците. Симптомите му не са тежки и основният е конюнктивит (възпаление на очите). Пациентът е в домашна изолация и му е приложена терапия с антивирусни медикаменти. Геномът на патогена, изолиран от него, е секвениран и е установено, че е почти идентичен с открития в кравите. Липсват мутации за устойчивост на медикаменти или по-висока вирулентност и той е много сходен с два щама, които се използват за създаване на ваксини срещу вируса.

Според Министерството на земеделието на САЩ потребителите не бива да се тревожат, тъй като млякото се изследва редовно и преминава през процес на пастьоризация. Същото важи и за месото – дори и да има вирусни частици в него, те ще бъдат инактивирани при обработката му. Основната опасност е за работниците във фермите, които се следят внимателно и при поява на симптоми се тестват за H5N1.

Въпреки че засега щетите от вируса са основно икономически и засягат животновъдите, прескачането му към все повече бозайници е нещо, на което трябва да се обърне внимание. Описаните случаи са ограничени в САЩ, но е напълно възможно това да стане и в Европа – заболяването се среща при диви и домашни птици, а в средата на миналата година имаше и случаи с починали котки в Полша. Всеки пренос между бозайници дава на вируса възможност да се усъвършенства, създавайки предпоставка за нова пандемия.

Екологична „кожа“

Заместителите на кожа, използвани в модната индустрия, са добър вариант за намаляване на екологичния отпечатък на продуктите. Но към момента по-голямата част от тях са базирани на различни видове пластмаса, получена от петролни продукти, което също не е оптимално решение. Също така подобни тъкани отделят микропластмаси. Развитието на технологиите за производство на полимери от растителен материал (често царевица) позволява създаването на пластмасови продукти, които са по-лесно биоразградими, но добиването на суровината понякога е в конфликт със земеделието.

Интересна алтернатива предлагат биотехнолозите – използване на микробиални култури. Миналата година мексиканската компания Polybion рекламира яке, което е направено по технология, вдъхновена от производството на комбуча – това е напитка, в която се развива симбиотична култура от бактерии и дрожди, образуваща плътен филм.

За производство на материала компанията използва бактерии, които отделят такъв филм от целулоза в хранителната среда, в която се отглеждат. Целулозата е стабилен полимер, изграден от глюкозни мономери, който е широко срещан в растенията – тя съставя над 95% от памучните влакна. Именно от този филм след допълнителна обработка се получава материал, много подобен на кожа. Според компанията той може да се оцветява с вече достъпните технологии за боядисване, но без да са нужни агресивни химикали, и по своите свойства е сходен с другите естествени тъкани. В хранителния субстрат, в който се отглеждат бактериите, се съдържат и отпадъци от плодопреработвателната индустрия, което допълнително понижава екологичния отпечатък на материята.

Още по-екологичен вариант е предложен в разработката на английски учени, които, освен че са получили материал, подобен на кожа, са успели да му придадат цвят. С помощта на генно инженерство те са дали на бактериите способността за синтез на еумеланин. Това е разновидност на меланина, която е широко разпространена в природата и е отговорна за тъмния цвят на кожата и космите при хората. Устойчивостта на еумеланина на високи температури и ниската му водоразтворимост го правят много добър пигмент – освен плътност, цветът има и дълготрайност. Способността му да поглъща ултравиолетова светлина и електропроводимостта му се добавят към полезните му свойства.

Така след култивиране на модифицираните клетки получената бактериална целулоза е оцветена в черен цвят и не е необходимо да се боядисва. В бъдеще бактериите ще могат да отделят и други пигменти, давайки възможност за разширяване на достъпната палитра от цветове. Като пилотен експеримент учените са направили портфейл и сая за обувка. Портфейлът е по-прост и е конструиран от съшити плоски парчета от материала. За саята бактериалите клетки са отгледани в калъп, в който са добавени и влакна, за да се подсили здравината ѝ. Така е образувана своеобразна отливка, която може да се прикрепи към подметка.

Макар че технологията все още не е постигнала масовост, тя е обещаваща и се развива бързо. Бактериите са изключително подходящи за използване като малки „фабрики“ за производство на различни вещества. Бързият им растеж, ниските изисквания към хранителната среда и възможността за отглеждане в биореактори са предпоставки за все по-широкото им използване. Ако идеята ви интригува, процесът е сравнително лесен за изпълнение в домашни условия. Ще са ви нужни само малко подръчни материали и няколко часа подготовка.

Водещо изображение: Снимка на Юпитер и два от естественитe му спътници, направена от „Вояджър“ точно преди 45 години. Източник: NASA

Научни новини: соларни панели, ГМО крави и сръчкване на „Вояджър“

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-slunchevi-paneli-gmo-kravi/

По-ефективни соларни панели

Научни новини: соларни панели, ГМО крави и сръчкване на „Вояджър“

Погледнато философски, голяма част от енергията, която използваме, е слънчева светлина, съхранена под различни форми. В последните 50–60 години с помощта на соларните панели имаме възможността за прякото ѝ улавяне. С времето технологиите за производството им се усъвършенстват и сегашното поколение е с много по-добра ефективност и по-дълъг експлоатационен период. Увеличаващата се нужда от възобновяеми източници на енергия прави работата по подобряването им по-активна от всякога, като учените залагат на най-различни подходи за постигане на тази цел.

Един от тях е използването на перовскити – това са материали, които имат кристална структура, идентична с тази на минерала перовскит. Особено интересна е възможността за производство на леки и гъвкави панели, ако за основа се използва пластмаса. Друг начин за употребата им е комбинирането със силиций в своеобразен „сандвич“. Това увеличава ефективността на панелите, тъй като различните материали поглъщат слънчеви лъчи с различен спектър. Обикновено се използват два слоя – един от силиций и един от перовскит.

Уви, за разлика от силициевите панели, които може да се използват повече от 20 години, панелите от перовскит не са особено устойчиви на околната среда и обикновено издържат от няколко месеца до няколко години. Нова разработка предлага използването на процес по пасивиране на повърхността на панелите, който повишава тяхната устойчивост и ефективност. Това се постига чрез третиране със сол, която съдържа бром. Употребата ѝ има двойно действие – на повърхността на кристала се образува тънък филм, който премахва микроскопичните несъвършенства в кристалната решетка, правейки я по-устойчива на влиянието на околната среда. Наред с това бромът прониква във вътрешността на материала, което помага за намаляване на енергийните загуби в панела. Така с еднократно третиране се подобряват два от критичните параметри за този тип панели. 

Към момента подходът е приложим за малки изпитателни панели, но учените са сигурни, че той е важна стъпка към масовото им производство. Според тях подходът дава възможност за допълнителна оптимизация, тъй като описаният процес може да се приложи и при други видове перовскити и соли, което означава, че е много вероятно да бъде открита още по-ефективна комбинация.

Това предположение се потвърждава от друг екип, публикувал само няколко дни по-късно подобрен начин за използване на перовскит.

Проблем при създаването на комбинирани панели е загубата на енергия между слоевете, което води до спад в полученото напрежение. За справяне с това в кристала вместо бром е инкорпориран цианид, намаляващ значително загубите в панела. Само по себе си това е добро постижение, но учените са опитали и още нещо – вместо двуслоен те са направили трислоен панел, в който за основа е използвана традиционната комбинация от силиций и перовскит. Върху тях е положен още един слой от новосъздадения перовскит с цианид. Тази комбинация се оказва изключително добра – осигурява ефективност от 27%.

Също както при другата разработка, тепърва предстоят инженерни предизвикателства за въвеждане на процеса в производството на соларни панели, които да се използват от потребителите. Но и двата резултата показват, че все още има голям потенциал за подобряване на съотношението цена/добита енергия и този възобновяем източник тепърва ще ни изненадва.

Сръчкване на Вояджър

Проблемите в комуникацията с „Вояджър 1“ продължават, но от НАСА публикуваха обнадеждаваща новина.

В началото на месеца към сондата е изпратена команда, наречена от екипа „сръчкване“ – тя кара апарата да изпрати паметта на бордовия си компютър. Малко след получаването на командата „Вояджър 1“ е върнал пакет с данни, който, както и в предишните комуникации, е бил разбъркан. Въпреки това инженер от групата за комуникация с далечни апарати (Deep Space Network) е успял да го дешифрира и в него е открито пълно копие на паметта.

В паметта на бордовия компютър са всички данни, с които той оперира – командните инструкции на апарата, информация за моментното му състояние, както и научни данни. Съдържанието на пакета ще бъде сравнено с предишни копия от времето, когато „Вояджър 1“ е функционирал нормално.

Това би могло да подскаже на екипа какво се е объркало, и дава надежда, че освен да разберем какво се е случило с апарата, комуникацията с него ще се поднови и той ще продължи научната си мисия.

Човешки инсулин от крави

Биотехнологичният процес за синтез на човешки инсулин е едно от модерните чудеса на науката. В момента най-често се използват генетично модифицирани дрожди, в които е вмъкната генетичната последователност, кодираща за инсулин. Те се отглеждат в големи биореактори (ферментационни съдове, подобни на използваните за производство на бира), след което протеинът се извлича, пречиства и обработва в зависимост от вида, в който е необходим. 

Интересна иновация предлагат учени от Бразилия и САЩ в съвместна разработка. С помощта на генното инженерство те са създали трансгенна крава, която може да отделя проинсулин (прекурсора, от който се получава биологично активната форма) в млякото си. За целта с помощта на лентивирусен вектор човешкият ген за инсулин е включен в генома на 10 ембриона, които впоследствие са имплантирани и от тях е получена една трансгенна крава. За оптимизация на процеса векторът е конструиран така, че човешкият ген е активен само в млечните жлези на животното. Така естествените му биохимични процеси не се нарушават и трансгенният протеин се отделя само там. Вимето е особено подходящо за подобна трансформация – една от основните му функции е да произвежда големи количества протеини, така че това може да направи процеса много ефективен.

За съжаление, въпреки че животното е успешно модифицирано, добивът от трансгенния протеин е бил нисък. Една от причините е, че опитите за оплождане на кравата са били неуспешни и лактацията е предизвикана хормонално, вследствие на което количеството на полученото мляко е било значително по-малко. Друг фактор е донякъде изненадващата находка, че в млякото има повече инсулин, отколкото проинсулин. Най-вероятно това се дължи на протеази (ензими, разграждащи протеини), които могат да превръщат проинсулина в инсулин. Допълнително усложнение е и откриването на протеази, които разграждат инсулина, като привнасят отрицателен ефект в процеса.

Това прави резултатите интригуващи, но не впечатляващи. Въпреки това разработката показва, че методът работи и има голям потенциал. Ако разграждането на получения инсулин се избегне, например чрез допълнителни модификации или чрез промяна на трансгенния протеин, подобно „биологично производство“ би било изключително ефективно, като премахва нуждата от енергоемки биореактори.

При сходно манипулирани трансгенни мишки количеството проинсулин в млякото е достигнало 8 грама на литър. Ако приемем, че някои породи крави могат да дават над 30 литра мляко на ден, дори при ефективност наполовина от тази при мишките това означава хипотетично производство на над 3 млн. единици инсулин от всяка крава. Така едно малко стадо може да покрива нуждите на стотици хиляди пациенти.

Екологична катализа

Голяма част от реакциите, използвани в химичната и фармацевтичната промишленост са невъзможни без използването на катализатори. Това са вещества или елементи, които в общия случай ускоряват химичните реакции, помагайки да се понижи енергията за активация. Най-често за това се използват благородни метали, като платина, паладий и родий. Начинът им на действие е познат на химиците и те успешно са се наложили като стандарт, но има и редица проблеми. Цената им е много висока, а добивът им е доста енергоемък и замърсява околната среда. Също така употребата им е свързана с отделянето на токсични продукти, които трябва да се обработват по специален начин. Тези недостатъци са стимул да се търси техен заместник, който е по-евтин, енергоефективен и природосъобразен.

Възможна алтернатива е използването на електричество вместо химически катализатор. Вдъхновението за това идва от биологичните катализатори – ензимите, които създават електрически полета в активните си региони. През 2016 г. с помощта на тази технология в наномащаб е катализирана реакцията на Дилс–Алдер, която е широко използвана в органичния синтез. Същият екип в нова публикация описва заместването на меден катализатор в азид-алкиновото циклоприсъединяване. Тази реакция е определена от Бари Шарплес, един от тримата Нобелови лауреати за химия през 2022, като еталон за клик реакция. Освен прилагането му към друг вид реакция, методът е подобрен – мащабът вече не е нано, а се измерва в сантиметри. За целта учените са разработили специална микрофлуидна система, в която протича реакцията.

Освен че има предимства пред конвенционалните катализатори, този подход дава възможност за по-прецизно контролиране на реакциите чрез регулиране на силата и продължителността на електрическите импулси. Това може да послужи за производство на чисти форми на конкретни изомери и би премахнало риска от замърсяване на крайните продукти с частици от катализатори, което е важно за фармацевтичната индустрия.

Колко ваксини са прекалено много?

Имунизационният календар е резултат от множество изследвания. Броят и времето на поставяне на ваксините са строго съобразени с познанията ни за човешката имунна система. Медицината може да отговори на въпроса какво се случва, ако се пренебрегнат препоръките на лекарите и изпаднем в крайност по отношение на ваксинирането. Пример са увеличаващите се случаи на морбили (дребна шарка) в световен мащаб – завръщането на заболяване, обявено от Световната здравна организация за изкоренено в редица държави. По-трудно е да се каже какво става в другия случай – когато се слагат твърде много ваксини. Вероятността някоя етична комисия да позволи изследване на ефекта от многократни ваксинации е пренебрежимо ниска.

Към момента една от водещите хипотези е, че многократните ваксинации могат да доведат до по-слаб имунен отговор. Тя се базира на данни, които сочат, че при хронично излагане на даден патоген Т-клетките на имунната система „се уморяват“ и се наблюдава имунна толерантност, при която организмът не може да се справи ефективно с нападателя. Това е и причината да се води дискусия за честотата на реваксинацията против SARS-CoV-2.

Благодарение на 62-годишен мъж от Германия учените вече имат по-добра представа за ефекта от многократното ваксиниране. Изследователите разбират за случая от новините, след като властите започват разследване за измама срещу мъжа. Те са се усъмнили, след като в рамките на 9 месеца на името му са били регистрирани 130 ваксинации против SARS-CoV-2. Даденото обяснение за „лични подбуди“ явно е убедило разследващите органи, тъй като случаят е прекратен, без да бъдат повдигнати обвинения.

Жителят на Магдебург (наричан HIM в изследването) се е съгласил да бъде тестван, като е съобщил за допълнителни нерегистрирани ваксинации, които вдигат общия брой на 217 дози в рамките на 29 месеца. Оказало се също, че той не е бил особено придирчив – ваксините са от осем различни вида (някои от които бустерни).

В периода от 214-тата до 217-тата му ваксинация учените са изследвали кръв и слюнка от HIM, като получените данни са сравнени с контролна група от 29 души, получили нормалната тристепенна ваксинация. Спрямо тях той има между 5 и 11 пъти по-висока способност да инактивира вируса, но това се дължи на по-голямото количество антитела, а не на завишена активност. Също така е установено, че той отделя антитела и в слюнката си, което не се наблюдава в контролната група. Отчетена е и повишена концентрация на B и T-клетки, но без изменения в способността им за имунен отговор.

Общото заключение от изследването е, че в случая хиперваксинацията срещу SARS-CoV-2 няма негативни ефекти и е повишила количеството антитела, без да има забележим ефект върху общото функциониране на имунната система. От един случай няма как да се направят генерални изводи, но все пак това е интересна и рядка възможност да се наблюдава подобен феномен. Тестовете сочат, че HIM е успял да се предпази от заразяване с вируса, но не е ясно дали това се дължи на многото ваксини.

Авторите завършват статията със следното: „Считаме за важно да отбележим, че не поощряваме хиперваксинацията като стратегия за подобряване на придобития имунитет“.

Научни новини: генетични редакции, светещи цветя и пътешествия из Слънчевата система

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-genetichni-redaktsii-sveteshti-tsvetya/

Европа открехва врата за генетичните редакции

Научни новини: генетични редакции, светещи цветя и пътешествия из Слънчевата система

В средата на миналата година в Европа се завъртя на по-високи обороти дебатът за генетичните редакции с помощта на новите геномни техники (НГТ) и в началото на този месец той най-накрая стигна до Европейския парламент. С 307 гласа за (нито един от представител на България), 263 против и 41 въздържали се беше прието предложението да се въведат две категории генетично модифицирани организми. В първата категория ще попадат растенията, при които промените могат да се получат по естествен път в природата или чрез методите на традиционната селекция, и за тях ще отпаднат тежките процедури за регистрация, прилагани в момента. Потребителите ще бъдат осведомявани чрез поставяне на информация върху продуктите, които ги съдържат – промяна в сравнение с първоначалното предложение от 2019 г., в което бе заложено да се обозначават само семената. Също така растенията няма да могат да бъдат сертифицирани като „органични“. Във втората категория ще бъдат оставени растения с по-сложни редакции, както и създадени с предишното поколение методи за генетични манипулации.

Следващата стъпка е предложението да мине през Европейския съвет, където обаче се очаква тежка дискусия за патентите върху растения, получени с помощта на новите методи. От Комисията по околна среда, обществено здраве и безопасност на храните, която гласува положително преди вота в Европарламента, не се дават насоки относно решаването на този въпрос. Намерението е да се направи анализ на пазара и да се оцени влиянието на новите регулации върху биотехнологичните компании и семепроизводителите, както и върху достъпа на фермерите до семена. Резултатите от анализа ще бъдат публикувани през 2026 г.

Депутатите смятат, че патентите върху растенията, получени чрез НГТ, трябва да бъдат забранени, за да се избегнат правни диспути и да се улесни достъпът до тях както на биотехнологичния, така и на земеделския сектор. Също така се изисква отчет за влиянието на новите правила още през 2025 г. За съжаление, не е ясно дали тази забрана може да бъде въведена лесно. В момента всички сортове, получени чрез традиционните методи за селекция (дефинирани като „биологични процеси“), не могат да бъдат патентовани, но генетично манипулираните могат, тъй като са резултат от технологичен процес. Това означава, че за да отпаднат патентите, ще трябва да се променя и съществуващото законодателство в тази област. Към средата на миналата година в Европейското патентно ведомство са били регистрирани около 3100 патента за генетично модифицирани растения. Според организацията успеваемостта за получаване на такъв патент е около 35%, а средната достига почти 60%.

Въпреки заявените намерения на евродепутатите традиционните селекционери, по-малките биотехнологични компании и фермерите изразяват опасения, че сегашната правна рамка за патентите ще им попречи да се възползват от новите регулации и ще позволи на големите компании да завземат сериозни части от пазара. Пример за това е описан в публикация на Politicoголямата биотехнологична компания KWS е получила патент за царевица, която е устойчива на ниски температури и е получена чрез редакция на гени с НГТ. Така KWS има възможността да забрани продажбата на сходен сорт, произведен от малка компания от Нидерландия, която го е създала с помощта на класическа селекция. За момента забрана няма, но освен чисто правно предимство, голямата компания има достъп до повече ресурси и по-лесно производство.

За момента решението на Европейския парламент се приема очаквано от двата лагера, участващи в дискусията – учените и биотехнологичните компании са въодушевени и смятат, че е стъпка в правилната посока, докато природозащитните организации са недоволни. Положителният вот донякъде е неизбежна стъпка за приемането на новите технологии, което, както вече е споменавано, е нужно с оглед на климатичните промени и заплахата Европа да остане извън предстоящата генетична революция.

Генетично манипулирани организми в ръцете на потребителите

Раздвижване в сферата има и отвъд океана, където крайните потребители могат да се сдобият с две нови растения, получени чрез генетични манипулации.

Биолуминесценцията се среща при редица видове от различни групи – бактерии, насекоми, гъби, морски организми, но в природата няма биолуминесциращи растения. За получаването на светлина са нужни два основни компонента – луциферин и ензимът луцифераза. Доскоро за създаването им се използваше бактериен оперон (група от гени, които се експресират заедно, обикновено за нуждите на конкретен процес), но този подход има редица недостатъци, най-важните от които са слаба светлина и токсични междинни продукти.

Иновацията идва от екип руски учени, които разгадават биосинтетичния път в гъбата Neonothopanus nambi в края на 2018 г. Те установяват, че той е тясно свързан с кафеената киселина, намираща се и в растенията, и че за прехвърляне на процеса в тях са нужни само четири гена. Подходът се оказва значително по-ефективен – растенията светят по-ярко, а освен това е безвреден за приемните организми, тъй като се вписва в съществуващи биохимични пътища. Година по-късно учените оповестяват успешното създаване на светещ тютюн, а в началото на годината излиза и публикация, представяща оптимизация, която увеличава силата на светлината до два пъти.

Разработката може да се използва за изучаването на различни биологични процеси като биосензор – светлината може да се индуцира само в определени случаи и така да се проследяват биологични пътища. Работата им има и комерсиален резултат – биолуминесцентна петуния, наречена Светулка (Firefly Petunia) и предлагана от компанията LightBio. След като бе одобрена за продажба и отглеждане в САЩ в края на миналата година, тя вече е достъпна за предварителна поръчка.

Другата иновация е по-практична и е под формата на лилав домат. Тъмнолилавите домати не са новост – с помощта на класическата селекция са създадени редица такива сортове, но при повечето от тях наситеният цвят е само по повърхността, а месестата им част е в оттенък на червеното. Лилавите домати, предлагани от Norfolk Healthy Produce, са изцяло оцветени и са единственият такъв сорт, тъй като технологията за създаването им е патентована.

Научната основа е публикувана през 2008 г. и се базира на вмъкването на два гена от декоративното растение кученце (Antirrhinum majus), които отговарят за синтеза на лилав пигмент – антоциан. С изключение на тези два гена доматите не се различават по нищо от конвенционалните си роднини и сортът дори не е хибриден. Това означава, че от него може да се събират семена, които да се засяват на следващата година, и не е нужно да се купуват нови. Разработката е резултат от сътрудничеството на няколко европейски екипа (от Англия, Италия, Нидерландия и Германия) и е получила европейско финансиране, но към момента семената не са достъпни на нашия пазар поради съществуващите регулации.

Основното предимство на сорта, което се изтъква от авторите, е повишеното ниво на антоциани, които имат антиоксидантна функция. В публикацията си екипът описва и експеримент, целящ да проследи продължителността на живота на мишки, склонни да образуват тумори. Мишките са разделени на три групи. Едните ядат само стандартна храна, другите – стандартна храна и червени домати, а третите – стандартна храна и лилави домати. Между първите две групи няма значима разлика – те живеят средно около 140 дни. Но мишките, в чиято диета са добавени лилавите домати, живеят средно около 180 дни.

Въпреки че данните в изследването изглеждат убедителни, ползата от антоцианите за здравето е тема, по която все още се водят дебати и няма ясен отговор. Окислителните процеси имат важна сигнална роля и са част от процеса на програмирана клетъчна смърт, който е важен за отстраняване на клетки, функциониращи некоректно (например прототуморни). Наред с това новият сорт е 10% от хранителния прием на мишките, което не е пренебрежимо количество, ако се съотнесе към стандартната ни диета. От друга страна, лилавите домати биха допринесли за по-пълноценното хранене на хората, които не приемат достатъчно антоциани.

Въпреки че преките ползи за здравето не са напълно потвърдени, новият сорт е интересен дори само заради вида си и възможността генетично манипулираните растения да станат по-достъпни за потребителите. Климатичната реалност ще бъде изключително изпитание за традиционната селекция и широкото въвеждане на храни – плод на генно инженерство, изглежда неизбежно, поради което, колкото по-бързо се нормализират, толкова по-лесно ще можем да направим стъпката напред.

Грешка в превода

При изстрелването на „Вояджър 1“ през 1977 г. учените от НАСА не подозират, че мисията му ще продължи повече от 40 години. Основната програма е планирана до края на 1980 г., когато той трябва да премине покрай Сатурн и някои от луните му. Благодарение на шеметната си скорост от 17 км/сек в началото на 1998 г. той стана най-отдалечената от Земята космическа сонда, изпреварвайки по-рано изстреляния „Пионер 10“.

През 2012 г. мисията отново попадна в новините, тъй като апаратът стана първият създаден от човека обект, който напуска Слънчевата система. Това беше установено по спадането на нивото на заредени частици от Слънцето (т.нар. слънчев вятър) и покачването на космическите лъчи. Тези данни показват преминаване на хелиопаузата – участък, в който силата на слънчевия вятър и междузвездната среда се изравняват.

През годините с цел пестене на енергия редица от изследователските уреди на сондата бяха изключени, но въпреки това учените все още можеха да комуникират с нея и да получават данни. За съжаление, от няколко месеца съобщенията, които получаваме, са объркани и не могат да бъдат разчетени

Според НАСА повредата е в един от бордовите компютри. Една от неговите задачи е да изпраща телеметрия към Земята, което в момента не може да се осъществи, а това прави откриването на проблема изключително трудно, но има редица хипотези какъв може да е той. Една от тях е, че се касае за грешка в паметта на компютъра, която води до объркване на записаните в нея данни; друга възможност е просто да има механична повреда в някоя от частите. По-интересна (но и по-малко вероятна) е възможността за „обръщане на бит“ – това може да бъде причинено от заредена космическа частица, която удря паметта в точно определено място, карайки 0 да премине в 1 или обратното. Допълнителна трудност за установяване на случващото се е и разстоянието до апарата – 22 часа и 34 светлинни минути. За достигането на всяка команда до апарата е необходимо това време и съответно още толкова за получаване на обратната информация. Разбира се, вече е опитан добрият стар трик с рестартирането, но това не е помогнало.

Въпреки че опитите за възстановяване на комуникацията с „Вояджър 1“ продължават, скоро може да се наложи да приемем, че повторна връзка с него няма да има. Добрата новина е, че той има апарат близнак („Вояджър 2“), който също прекоси хелиопаузата, но шест години по-късно, въпреки че е изстрелян с две седмици по-рано от „брат“ си. Причината е в различните орбити, по които се движат двете сонди. Комуникацията с него все още е възможна и това е известно успокоение за учените, които могат да продължат да изучават междузвездното пространство.

По следите на пътешествениците

„Нови хоризонти“ (New Horizons) може да се нарече съвременният последовател на апаратите „Вояджър“. Изстрелян през 2006 г., след 9-годишно пътешествие, преминало покрай Юпитер и Сатурн, той прелита близо до планетата джудже Плутон и луната ѝ Харон, давайки ни първите детайлни снимки на тяхната повърхност. Заснети са и по-малките спътници на Плутон – Стикс, Никс, Керберос и Хидра.

След този успех мисията е удължена и новата цел е изследване на обектите от Пояса на Кайпер – област, сходна с астероидния пояс между Марс и Юпитер, но с много по-големи размери, като повечето обекти в него са от замръзнал метан, амоняк или вода. Там се намират и планети джуджета, сред които е Плутон.

Нови данни, получени от инструмент, броящ и измерващ частиците прах, сочат, че поясът на Кайпер всъщност е много по-обширен. До момента се предполагаше, че той се простира до около 50 AU (AU – астрономически единици, средното разстояние между Земята и Слънцето, или приблизително 150 млн. км). Но изглежда, че той достига 80 AU или дори още по-далеч. За да подкрепят данните, получени от апарата, астрономите използват и телескопски наблюдения, за да търсят обекти, чийто сблъсък може да е причина за образуването на този прах. Сред предложените хипотези е частиците да са от лед, който все още не се е разсеял, или пък този прах да е избутан от слънчевия вятър по-далеч, отколкото се смята за възможно.

Учените са развълнувани от откритието, тъй като това може да доведе до установяването на нова група обекти в Слънчевата система. Към момента мисията е удължена до напускането на Пояса на Кайпер, което се очаква между 2028 и 2029 г. Но най-вероятно научната работа с апарата ще продължи и ще започнат наблюдения на района около хелиопаузата, а може би и след нея. Според данните в момента наличната енергия ще е достатъчна за нормалната му работа за още поне 15 години, така че, ако не стане нещо непредвидено, апаратът ще продължи да ни съобщава какво се случва в периферията на Слънчевата система.

Научни новини: Климатични изменения, фотосинтеза и хвърковати хипотези

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-klimatichni-izmeneniya-fotosinteza/

Застудяване, причинено от затопляне

Научни новини: Климатични изменения, фотосинтеза и хвърковати хипотези

В началото на годината северните географски ширини бяха изложени на студена вълна, която доведе до нарушения в транспорта, затваряне на мостове и спиране на работата на редица институции. В северното шведско село Квикьок отчетоха –43,6°C – температура, която не е измервана през януари в последните 25 години. Застудяването не беше ограничено до скандинавските страни. В по-северните части на Европа температурите също паднаха осезаемо – в Москва температурата достигна –30°C, а в Санкт Петербург беше обявен оранжев код за опасно време. Сходна ситуация се наблюдаваше и в Северна Америка с няколко счупени рекорда за ниски температури в Канада. Междувременно във Великобритания, Франция и Германия имаше наводнения и силни ветрове, които нанесоха щети на инфраструктурата и наложиха евакуация на хора.

Тази ситуация може да ни изглежда нехарактерна и дори да бъде причина за изказване на съмнения относно промените в климата. Субективно обяснение за случващото се е, че зимите вече са по-топли от обичайното и ние сме отвикнали от студеното време, което в крайна сметка е характерно за сезона. Но феноменът на внезапното застудяване има и научна основа.

Северните полярни вихри са силни въздушни течения над Северния полюс, локализирани в тропосферата, най-долния слой на атмосферата, който обитаваме, и в стратосферата, слоя над тропосферата. Въпреки че полярните вихри в различните слоеве са две отделни явления, те често взаимодействат и влияят върху климата. Тропосферният полярен вихър се характеризира с ветрове, наричани джетстрийм, или струйно течение, които оформят граница между по-студения северен и по-топлия южен въздух над северните ширини на Европа, Азия и Северна Америка. Стратосферният полярен вихър е концентриран над полюса и представлява кръгообразен поток. Той е най-силен през зимата и с въртенето си задържа студения въздух там, за да не се спусне на юг.

Но понякога двата потока се смесват – щом тропосферният вихър се затопли повече от обичайното, въздухът преминава към стратосферата и нарушава движението на стратосферния вихър. Ако смущението не е голямо, системата успява да компенсира и да се върне към равновесие. В други случаи настъпва т.нар. внезапно стратосферно затопляне, при което полярният вихър в стратосферата се забавя много и вместо един силен централен поток образува няколко по-малки и по-слаби потока. Това нарушава формата на полярния джетстрийм и води до образуването на въздушни меандри от студен арктичен въздух, които се разпростират далеч на юг.

Научни новини: Климатични изменения, фотосинтеза и хвърковати хипотези
Диаграма, показваща нормалното функциониране на полярните вихри (вляво) и случващото се при внезапно стратосферно затопляне (вдясно). Източник: NOAA

Това е ключова причина и за изключително студения февруари през 2021 г., когато арктичният въздух стигна чак до Тексас и причини смъртта на поне 700 души и щети за над 200 млрд. долара. 

За съжаление, този феномен най-вероятно ще започне да става по-чест поради затоплянето на полюсите. Покачването на температурите в региона на Арктика е почти четири пъти по-високо от това в глобален мащаб за периода 1979–2021 г. В някои региони на Баренцово море затоплянето е още по-рязко и надвишава между пет и седем пъти глобалното за периода 1981–2020 г.

Климатът на планетата е сложна система, съставена от множество елементи, които работят в синхрон. При нарушаване на някой от тях (полярни вихри, Ел Ниньо, снежната покривка и количеството лед по полюсите) смущението не се отразява само на конкретния феномен, а се предава и към останалите, което води до самоподхранваща се каскада.

Дали процесът ще бъде наричан „глобално затопляне“, или „глобални климатични промени“, може би е по-скоро обект на лексикологията, отколкото на климатологията. Но както и да го дефинираме, той ще продължава и ще носи все по-непредвидимо време – било то резки застудявания, рекордни жеги, ураганни ветрове или наводнения.

Промените в климата променят хранителните мрежи, което влияе на климата – и така до безкрай

Със затоплянето на планетата пермафростът (вечно замръзналата почва, покриваща немалка част от земната повърхност) започва да се топи. Това е причина за освобождаване на големи количества от въглерода, запазен в него, което допринася за задълбочаването на проблема със затоплянето. Наред с това самият пермафрост започва да гние. Тази разлагаща се материя е нов източник на въглерод в хранителните мрежи, както и в новата размразена среда, в която вече може да се развива живот, но и над земята.

За да разбере повече за новосъздадените връзки, екип от учени се спира на няколко представители на фауната, обитаваща размразяващите се области на Аляска – два вида полевки, един вид земеровки и един вид паяци. Целта на изследването е да се определи дали има промяна в източника на въглерод в диетата на животните, дефиниран от авторите като „зелен“ – от растителни източници, или „кафяв“ – от микробиален произход (бактерии и почвени гъби).

Тъй като проследяването на хранителните навици на малките животни е изключително трудна задача, учените прилагат хитър подход – изследват специфичния изотопен състав на незаменимите им аминокиселини. Това са аминокиселини, които се синтезират от растения и микроорганизми, но не и от животните, поради което те трябва да ги приемат чрез храната си. Тази биохимична особеност помага за проследяването на движението на въглерода в хранителните мрежи.

За установяване на дълготрайните ефекти е анализиран колаген на земеровки и полевки. Пробите са събрани през 1991 и 2021 г. Краткотрайното влияние на затоплянето е наблюдавано върху две групи арктически паяци вълци: едната – в контролни условия, а другата – в специално устроена среда (мезокосмос) в която температурата е с 2°C по-висока.

Резултатите са впечатляващи – хищните паяци, хранещи се в по-топла среда, заменят около 27% от въглерода, който приемат, от растителен на такъв от гъбни хранителни мрежи, а процентът бактериен въглерод остава непроменен. При бозайниците се наблюдава сходно преминаване от растителен към гъбен произход. При всеядните червено-сиви горски полевки тази промяна е над 30%, а при хищните земеровки – над 40%. Това показва, че промяната в климата влияе на екосистемите и чрез реорганизиране на хранителните мрежи в тях, създавайки нови трофични пътища.

В случая разлагащата се материя в почвата дава храна за почвените гъби, които превръщат въглерода от недостъпни форми (лигнин, целулоза) в по-лесно усвоими, както и в други полезни вещества, например протеини. Те биват изядени от различни малки животни, като членестоноги и червеи, които са храна за други, и така древният въглерод, заключен в пермафроста, се връща в модерните хранителни мрежи, ставайки още един допълнителен източник, захранващ промените в климата.

По следите на фотосинтезата

Фотосинтезата е най-важният биологичен процес, протичащ на земята, и е в основата на всички хранителни мрежи. Способността да улавят енергия от слънчевата светлина, като я превръщат във форма, достъпна за други същества, прави фотосинтезиращите организми ключови за съществуването на богатото биоразнообразие и изобщо за живот на планетата.

Освен източник на енергия тя отключва и натрупването на кислород – фактор, без който развитието на сложни многоклетъчни организми би било невъзможно. Преди възникването на фотосинтезата, в атмосферата на планетата на практика е отсъствал свободен кислород. Предполага се, че съставът ѝ е бил основно от азот и въглероден диоксид с малки количества други газове (метан, водни пари и др.). Тъй като установяването на нивата на кислород е доста сложно и повишаването им е станало поетапно, е трудно да се определи точният първоначален момент. 

За осезаемото повишаване на концентрацията на кислород в околната среда е било нужно известно време, но настъпва момент, в който тя става токсична за анаеробните организми. Това събитие понякога се нарича кислородна катастрофа, тъй като се оказва пагубно за над 80% от живите организми, населяващи планетата по онова време. Към момента се предполага, че събитието е настъпило преди около 2,4 млрд. години, което се подкрепя от генетичните вариации в различните видове днес – метод, известен като молекулярен часовник. Според него фотосинтезата е възникнала преди около 3 млрд. години, което съвпада с появата на цианобактериите – свободно живеещи прокариоти, част от които продължават да съществуват независимо, а друга част стават ендосимбионти в клетките на микроскопични водорасли преди около 1–2 млрд. години, превръщайки се в добре познатите ни хлоропласти в съвременните фотосинтезиращи еукариоти. 

Въпреки че молекулярното датиране се приема за точно, липсата на преки доказателства за съществуването на фотосинтезиращи организми от този период донякъде поставя под въпрос доколко може да му се вярва в този случай. До момента само няколко микрофосила са определени като цианобактерии, повечето на базата на косвени доказателства. Само един – P. filiformis – със сигурност спада към тази група бактерии и е датиран на 1 млрд. години.

Но най-ранните сигурни данни за протичане на фотосинтеза доскоро бяха от фосили на 550 млн. години. В тях са открити характерните структури на тилакоидните мембрани. Тилакоидите се откриват в някои цианобактерии и в хлоропластите на растенията. Те представляват дискове, подредени в стълбчета (като монети), и увеличават площта на мембраните, върху които се разполагат комплексите от протеини, извършващи фотосинтезата.

Този сигурен белег за извършване на фотосинтеза е открит в новоописани микрофосили на цианобактерии от Канада и Австралия. След специална процедура за извличането им от каменния субстрат и нарязването им на много тънки срезове те са анализирани с помощта на електронен микроскоп, който е разкрил характерните слоеве на тилакоидите. Канадските фосили са датирани на около 1 млрд., а австралийските – на 1,7 млрд. години. Това измества най-ранното пряко доказателство за протичане на фотосинтеза с 1,2 млрд. години и ни доближава значително до началото на процеса.

Откритието, освен че е интересно само по себе си, дава информация и за момента, в който от общия предшественик са се обособили два вида цианобактерии – със и без тилакоиди. Според молекулярните данни това се е случило по-рано, така че търсенето на преходни фосили ще продължи. Точният момент е интересен за учените, защото една от хипотезите е, че появата на тилакоидите е направила процеса на фотосинтеза много по-ефективен, водейки до стремглавото покачване на нивата на кислород на планетата. Авторите предлагат методът да се използва за анализ и на фосили на водорасли и растения, за да се стесни предполагаемият период, в който се е състояла ендосимбиозата на фотосинтезиращите прокариоти.

Хриле или криле, крака или крила

Друга загадка на еволюцията е появата на крилата при насекомите – въпрос, по който се води дългогодишна научна полемика. Летящите насекоми са били първите животни, разпространили се в широки ареали, което им дало достъп до повече хранителни ресурси. Основните хипотези са за „летящата катерица“ и за „летящата риба“, в зависимост от това къде вероятно са живеели първите летящи насекоми – на сушата или във водата. Според първата хипотеза крилата произхождат от видоизменени крака, а според втората са възникнали от трахейните хриле, които са изходни отверстия на дихателната система при водните насекоми и имат малки образувания, подобни на крила. Сравнително нова „хибридна“ хипотеза е, че всъщност крилата са се развили от структура, образувана от сливането на крайници и хриле.

В подкрепа на всяка от трите (както и на техни алтернативи) може да се цитират много публикации, но едно от последните геномни изследвания показва връзка в развитието на крилата и хрилете при представител на разред Еднодневки. Заедно с водните кончета те имат морфология, много сходна с древните им предци, а освен това нимфите им живеят във водата, което налага наличието на трахейни хриле в началото на живота им. При анализа на данните се установява, че набор от гени, свързани с крилата, е много добре запазен при представителите на крилатите насекоми.

Интригуващо е и откритието, че транскриптомната програма (наборът от гени и последователността, в която се активират за провеждането на биологичен процес), отговорна за крилата, се състои от гени, които са част от други генни мрежи. Ако се групират по органи, най-близко са хрилете, споделящи 43% от гените, активни при формирането на крилата. При сравняване на тези общи гени с аналозите им в плодовите мушици (Drosophila melanogaster; класически моделен организъм) почти половината от тях имат ясна роля в развитието на крилата.

А в скорошна публикация на базата на фосили чешки учени показват как може да се е стигнало до образуването на крилата при вид, живял преди 300 млн. години. Находката е много интересна, защото са открити запазени следи от различни стадии на развитието на насекомото, което е позволило да се направи пряко сравнение между тях. Ларвите, приличащи малко на трилобити, имат структури, подобни на трахейни хриле, по периферията на тялото си, което предполага, че са живеели във водата. На трите сегмента, разположени най-близо до главата, се наблюдават сходни образувания, които при възрастните се превръщат в крила. Според авторите това е силен аргумент, че еволюционният произход на крилата е от протоструктури на хриле.

Не е ясно дали ще получим отговор на въпроса как са се появили крилата при насекомите, но е напълно възможно той да бъде съвършено различен от сегашните хипотези или да е странна комбинация между тях. Еволюционните процеси понякога са криволичещи и са истинско предизвикателство за учените, които се опитват да ги разберат. 

Научни новини: Молекулярни терапии, CRISPR и една златна къртица

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-molekulyarni-terapii-crispr-i-edna-zlatna-kurtitsa/

Молекулярна терапия за молекулярно заболяване

Научни новини: Молекулярни терапии, CRISPR и една златна къртица

Терминът „молекулярно заболяване“ е въведен през 1949 г. в статията „Сърповидноклетъчна анемия, молекулярно заболяване“. Сравнявайки хемоглобин от здрави и болни хора, учените установяват, че между двете форми има малка разлика в подвижността им в електрическо поле, което предполага промяна в аминокиселинния им състав. В същото издание на Science е публикуван и генеалогичен анализ, показващ наследствения характер на заболяването. Тези разработки се правят само няколко години след като ДНК е доказана като носител на наследствената информация и преди да бъде описана нейната структура.

Сърповидноклетъчната анемия (СКА) е генетично заболяване, при което червените кръвни телца се деформират и придобиват С-образна форма. Поради това те не могат да снабдяват добре организма с кислород и започват да се слепват едно за друго. Въпреки че са разработени поддържащи терапии, които намаляват риска от инфаркт, инсулт и други остри прояви на заболяването, и продължителността на живот на пациентите е удължена значително, те все пак не живеят добре поради хронични пристъпи на остра болка, невъзможност за усилена физическа активност, бъбречна недостатъчност и др. Впечатляващото е, че всичко това е следствие от точкова мутация (промяната на нуклеотид) в ген, кодиращ един от протеините, които изграждат хемоглобин А. Това е като да се подмени една буква в първите три параграфа на тази статия.

Заболяването се проявява, когато дефектният ген е с две копия (хомозиготно състояние), получени от двамата родители. Интересен детайл е, че хората, носещи едно копие на дефектния ген (хетерозиготно състояние), имат повишена устойчивост към паразита, причиняващ малария. При заразяване червените кръвни телца се разпукват преждевременно, нарушавайки жизнения му цикъл. Счита се, че това е една от причините мутацията да се среща по-често в популации, където маларията е сериозен проблем, като Западна Африка и Индия.

Един от основните изводи в статията е нуждата от разработване на молекулярна медицина и 50 години по-късно това става реалност. Една от разновидностите ѝ са генните терапии, които бързо добиват популярност и вече има одобрени за редица заболявания. В общия случай при тях се използват вирусни вектори, които носят работеща версия на повреден ген, водещ до заболяване. Вирусите вмъкват работещата версия в генома на пациента и така възстановяват нормалното функциониране на организма. Механизмът е сходен с векторните ваксини, познати от пандемията от COVID-19. Може да се каже, че те, както и иРНК ваксините, също са вид молекулярна терапия.

В началото на месеца в САЩ одобриха Lyfgenia генна терапия за пациенти, страдащи от СКА, базирана на използването на вирус носител. Терапията се прилага върху хематопоетични стволови клетки – те се намират в костния мозък и са отговорни за създаването на нови червени кръвни телца. След извличането им от пациента се третират с лентивирус, носещ леко променена версия на хемоглобин А, която функционира коректно. Получените генномодифицирани клетки следва да са абсолютно идентични с пациентските, с изключение на промяната в споменатия ген. Това почти премахва опасността от отхвърлянето им при обратната трансплантация. За съжаление, преди новите модифицирани клетки да бъдат върнати в пациента, всички стари трябва да бъдат премахнати. Това се извършва с помощта на висока доза химиотерапия, която унищожава стволовите клетки в костния им мозък.

Одобрението се базира на клинично изследване, включващо 32 пациенти, които са проследени за период между 6 и 18 месеца, като през това време 88% от тях не са имали пристъпи на болка. Съобщава се и за негативни ефекти, но те са свързани с химиотерапията и самото заболяване. Притеснителното е, че трима от пациентите са починали – един поради усложнения от заболяването, но при другите двама причината е остра форма на левкемия. Компанията изтъква, че пациентите с това заболяване са по-предразположени към развитие на злокачествени процеси, и споменава, че левкемията може да се дължи и на цялата процедура по трансплантиране. Починалите пациенти са били подложени на по-стара версия на терапията, при която производството и трансплантацията са извършени по различен начин. Въпреки тези обяснения Американската агенция по храните и лекарствата поставя знак за особено внимание върху продукта.

Добрата новина е, че има и алтернативна генна терапия, базирана на CRISPR. Името на продукта е Casgevy и е разработен от Vertex Pharmaceuticals Inc. в партньорство с швейцарската Crispr Therapeutics. В средата на ноември той беше одобрен в Обединеното кралство, а в началото на декември получи зелена светлина и в САЩ (заедно с Lyfgenia). Това е първата одобрена генна терапия, базирана на системата за генетични редакции.

Подходът е подобен – от пациента се изолират стволови клетки, които вместо на вирусна трансформация се подлагат на генна редакция с CRISPR. Така в клетките не се вмъква вирусният генетичен материал, а само се променя функцията на един ген, като в случая учените са избрали малко по-различен метод. Вместо да коригират функцията на хемоглобин А, те активират производството на хемоглобин F (фетален хемоглобин). Той се произвежда в ембриона от около шестата седмица на бременността до няколко месеца след раждането, когато бива изместен от хемоглобин А, срещан при възрастните. Превключването между двата вида хемоглобин става след активирането на един ген – BCL11A. Чрез дезактивирането му с помощта на CRISPR синтезът на хемоглобин F се възобновява. Въпреки че не е типичен за възрастните, той успява да компенсира действието на увредения хемоглобин А и намалява симптомите от СКА.

Интересното е, че терапията е приложима и при друго заболяване, причинено от мутация в хемоглобин А – бета-таласемия. И при нея хемоглобинът не функционира правилно и също се наблюдава анемия, която в най-острата си форма води до смърт. За момента подходът за поддържане на пациентите се изразява в чести кръвопреливания, които носят своите усложнения.

В клиничното проучване са включени 45 пациенти със СКА, 29 от които проследени за над 18 месеца. 28 от тях не са имали пристъпи на болка поне една година, след като са получили модифицираните клетки. Резултатите са добри и при пациентите с бета-таласемия. 39 от 42 не са имали нужда от кръвопреливане поне една година след терапията, а при останалите трима нуждата от трансфузия е спаднала със 70%. Страничните ефекти се припокриват с тези, причинени от химиотерапията. Пациентите продължават да бъдат наблюдавани за забавени негативни ефекти, както и за да се установи колко дълготрайно е действието на терапията.

Компанията, разработила Lyfgenia (Bluebird Bio Inc.), също има продукт, който може да се прилага за бета-таласемия – Zyngeglo. Механизмът му на действие е почти идентичен, като разликата е в модифицирания ген. Той получава одобрение в Европа през 2019 г., а в САЩ – през 2022 г. В началото на 2021 г., след фаталните случаи в клиничното изпитване за СКА, приложението му е спряно временно, но след преглед на наличната информация Европейската комисия по лекарствата дава становище, че няма доказателства за връзка между развиването на левкемия и терапията, и продуктът отново е разрешен.

Въпреки че се прилагат еднократно, и двете терапии не са евтини поради сложната процедура по трансплантация и обработка на стволовите клетки. Цената за Lyfgenia е 3,1 млн. долара, а за Casgevy е с около 40% по-ниска – 2,2 млн. Куриозното е, че въпреки очаквания скок след полученото одобрение от Комисията по храните и лекарствата акциите и на двете компании са спаднали.

Преди разработването на тези терапии единствената възможност за облекчаване на заболяването е била трансплантацията на костен мозък от здрав донор. За съжаление, откриването на съвместими донори е рядко и процедурата за извличане на костен мозък включва сравнително тежка операция. Въпреки недостатъци си новите терапии имат огромен потенциал да са по-щадящи и надеждни. Най-вероятно ще бъдат подобрени, и то за много по-кратко време от 70-те години, изминали от установяването на причината за заболяването и възможността за модифициране на единични бази в ДНК на пациентите.

Сходно мнение изказва и една от откривателките на CRISPR – нобеловата лауреатка Дженифър Даудна. В интервю за WIRED тя споделя, че тези терапии ще стават все по-неинвазивни и въпреки че в момента може да ни се струва като фантастика, най-вероятно в бъдеще ще се приемат под формата на таблетка.

CRISPR е многолик и навсякъде

Както вече сме споменавали, всички организми оставят издайнически следи под формата на ДНК в околната среда (environmental DNA). При микроорганизмите това е малко по-различен процес, тъй като те просто се отлагат по повърхностите, от които се вземат проби. Въпреки това наличието им в събрания материал може да бъде много интересно. Не само за определяне на разпространението им и за следене на потенциални огнища на заболявания, но и за откриване на нови или слабо познати видове. Поради все по-голямата достъпност на услугите за секвениране броят на секвенирани проби расте. В комбинация с огромния брой микроорганизми около нас, които попадат в пробите, се стига до главоломно нарастване на микробиални ДНК секвенции в базите данни. Така обработването и търсенето на интересни фрагменти в тях става все по-сложна задача за биоинформатиците.

За справяне с този проблем екип от Масачузетския технологичен институт предлага нов подход, базиран на алгоритми, които се използват и в момента. Първо последователностите се отделят в обособени групи, които са съставени от секвенции с висока сходност. След това групите се сравняват една с друга, което помага за откриване на взаимовръзки и еволюционни промени. По този начин се използват предимствата и на двата алгоритъма, като се избягват недостатъците им – трудното откриване на прилика между участъци с по-малка сходност на първия и по-бавната работа на втория.

С помощта на този алгоритъм се откриват 188 нови системи, в които CRISPR взема участие. Във формата, използвана в съвременните биотехнологии, той най-често е свързан с Cas9 – ензим, който има способността да реже молекулата на ДНК. Но към него може да се прикачат редица други молекули. Лабораторно разработен вариант е комплексът от CRISPR и флуоресцентно багрило, позволяващ да се „освети“ строго специфичен участък от ДНК, което може да е полезно при определяне на точното му местоположение в клетките. Но природата разполага с много по-богато въображение.

Част от описаните варианти имат ензим, който може да реже РНК вместо ДНК. При други ензимът е от групата на транспозазите – те имат способността да „преместят“ участък ДНК от едно място на друго в генома. Тези комбинации не са непознати, но откриването на нови примери показва, че разнообразието най-вероятно е голямо. Интересна изненада е вирусен протеин, който може да се свърже с CRISPR и да го дезактивира, като така блокира защитната система на бактериите.

Както отбелязват авторите, тези открития могат да бъдат изключително ценни за биотехнологиите и да дадат път на нови терапии или да бъдат приложени в земеделието и да са от помощ за намаляване на ефекта от глобалните климатични промени. Откритията също показват колко ценно може да бъде събирането и секвенирането на ДНК от околната среда.

Напредъкът в технологиите за секвениране и биоинформатичната обработка на данните разкриват нови хоризонти пред нас и постоянно ни носят изненади за света, който ни заобикаля. А понякога дават шанс за разплитането на почти столетни мистерии.

Златна изненада под пясъка

Къртицата на Де Уинтън принадлежи към семейство Златни къртици и е ендемична за западните брегове на Южна Африка. За последен път такава къртица е била забелязана през 1937 г., което ѝ осигурява място в списъка на критично застрашени или предполагаемо изчезнали видове. Като цяло това не е чак толкова учудващо – бозайникът е с размер на мишка и козината му е пясъчнозлатиста, поради което се открива трудно.

За да проверят дали могат да го намерят, екип учени решава да използва ДНК, събрана от околната среда. Най-лесният начин да се открият къртиците е да се намерят техните къртичини. За съжаление, това не е така за хората, защото в повечето случаи леговищата трудно се забелязват на повърхността. На помощ се притичва куче търсач на име Джеси, което насочва изследователите. Щом намерят къртичините, учените вземат от тях почвени проби, от които е изолирана ДНК и после я сравняват с известните секвенции на представители на семейството. Това не е лесна задача, защото в него има видове, които се срещат по-често, и повечето сигнали са от тях. Но в данните учените откриват златна нишка – митохондриална ДНК, която съвпада с тази на къртицата на Де Уинтън. 

Учените не само доказват, че видът все още се среща, но и определят сравнително широк ареал на обитание, който обаче има малък брой представители. Откритието е повод за радост, но също така насочва вниманието към неотложната нужда от по-задълбочени проучвания на местността. Новооткритата популация е застрашена както от предполагаемо ограничения брой индивиди, така и от дейността на човека – в района активно се добиват диаманти, което е причина за разрушаване на множество екосистеми.

Водещо изображение: Chrysochloris holosericea – рисунка от колекцията на Университета в Амстердам. Източник: Wikimedia Commons

Научни новини: Слънчогледи, динозаври, астероиди и резултати от проучвания

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-slunchogledi-dinozavri-rezultati-ot-prouchvaniya/

Какво гледат слънчогледите

Научни новини: Слънчогледи, динозаври, астероиди и резултати от проучвания

Фототропизмът (растеж по посока на светлината) е механизъм, който се среща при повечето растения и е добре проучен. Основни за функцията му са специални молекули, наречени фототропини, които са чувствителни към светлина в синята част на спектъра. Те насочват растежните хормони към тази страна на растението, която е в сянка, и тя расте по-бързо. Това кара растението да се наклони на другата страна и така се насочва към светлината. 

Хелиотропизмът при слънчогледите (следенето на слънцето) е сходен и познат на всички феномен – сутрин питите се обръщат на изток, за да посрещнат слънцето, а през деня плавно се накланят на запад, към залеза. В началото на годината беше описано наличието на вътрешен часовник, който казва на слънчогледите, че изгревът наближава и е време да се обърнат и да отворят цветчетата си в очакване на насекомите, които ще ги опрашат. Но това е само част от процеса.

До момента се смяташе, че движението на растенията също е базирано на фототропини, което може да се окаже невярно. Това сочи нова публикация, която сравнява генната експресия при слънчогледи, отгледани в специализирани растежни стаи и на полето. В растежните камери те не се движат през деня, а растат директно към неподвижния светлинен източник, при което се активират само гени, свързани с фототропизма, докато в слънчогледите на полето се наблюдава експресия на напълно различни гени.

За да разберат дали спектърът на светлината има значение за хелиотропизма, учените са поставили специални засенчващи филтри над растенията, които спират само определена част от спектъра. Това не е повлияло на движението на питите, което най-вероятно значи, че процесът се базира на множество механизми, действащи в синхрон и активирани от различни дължини на вълната.

Въпреки че не дава отговор как точно работи механизмът за насочване към слънцето, публикацията показва, че процесът е по-сложен, отколкото се смяташе до момента, и описва нови начини, по които растенията реагират на светлината. Статията е интересна и защото от нея се вижда ефектът на контролираните условия – невинаги между полученото в лабораторията и реалните условия може да се направи паралел.

Следа в изчезването на динозаврите

Изчезването на динозаврите вследствие на сблъсък на гигантски метеорит със Земята преди около 66 млн. години е добре приета хипотеза. Тя е предложена през 1980 г. от геолога Уолтър Алварес и баща му, носителя на Нобелова награда за физика Луис Уолтър Алварес, заради което е наричана и хипотеза на Алварес.

Всички доказателства, налични към момента, сочат, че мястото на удара е 180-километровият кратер Чиксулуб, намиращ се в днешен Юкатан, Мексико, който тогава е бил плитко море с дълбочина от няколкостотин метра. Най-вероятно астероидът е бил с диаметър между 10 и 15 км, сходен по големина с по-малкия спътник на Марс – Деймос. Освен експлозия и огромни приливни вълни, ударът му бързо е предизвикал рязко понижаване на температурата, което е довело до измирането на мегафауната. Смята се, че вследствие на това са загинали около 75% от всички видове на планетата, като най-засегнати са били по-големите животни, особено тревопасните и хищниците.

Причината за спадането на температурите все още е обект на дебати. Една от водещите хипотези до момента беше, че изгарянето на частици в атмосферата е довело до многократно увеличение на концентрацията на серен диоксид в нея. Комбинацията със саждите от пожарите по цялата планета е довела до рязко намаляване на количеството слънчева светлина, което е понижило температурата. Възможно е обаче основната причина за тъмната зима, покрила Земята, да се окаже друга – фин прах, изхвърлен при удара.

Това показват резултатите от измерването на силикатни частици, отложени в находището „Танис“ в Северна Дакота. С помощта на лазернодифракционен апарат размерът на частиците е определен между 0,8 и 8 µм – многократно по-малък от предполагания до момента. Това е от значение както за разпространението им в атмосферата, така и за взаимодействието им със слънчевата светлина. Най-вероятно те са били и основният компонент на материала, изхвърлен от удара.

След въвеждането на тези данни в климатична симулация се установява, че частици с такъв размер могат да се задържат във въздуха около 15 години и в зависимост от сезона да понижат глобалната температура с 15–19°C. В комбинация със серния диоксид и саждите моделът е показал потенциал за спад с до 25°C, като най-вероятно температурите са се задържали по-ниски от тези преди удара в продължение на поне 20 години.

Според модела запрашването на въздуха е довело и до пълно спиране на фотосинтетичните процеси, като това най-вероятно е станало само в рамките на две седмици, причинявайки колапс на хранителните вериги. Кризата е продължила почти две години, а възстановяването е започнало от Южното полукълбо, което се доказва от по-малкия брой изчезнали видове там. 

Работата на палеоклиматолозите е трудна, тъй като нямат пряк поглед върху промените и трябва да правят изводите си въз основа на косвени доказателства. Но откритията им за предишни масови измирания и драстични промени в климата са важни, защото могат да ни помогнат да разберем по-добре процесите, протичащи в момента.

Борба с астероиди

Съдбата на динозаврите служи за напомняне, че опасността от подобни събития е реална, макар и малко вероятна. Само преди няколко месеца покрай Земята премина астероид 2023 NT1 с диаметър между 30 и 60 м. Той е прелетял изключително близо, на по-малко от 100 000 км от нас, което е около четвърт от разстоянието до Луната. Въпреки че не би причинил глобална катастрофа, размерът му е достатъчен да унищожи голям град при директен удар. Най-притеснителното е, че следенето на подобни по-малки обекти е трудно – 2023 NT1 е забелязан два дни след като е преминал покрай Земята. Той ще посети Слънчевата система отново през 2044 г., но този път на повече от 1 AU (разстоянието до Слънцето, или 150 млн. км), поради което е премахнат от списъка с потенциално опасни обекти.

Най-доброто решение за опасни астероиди е отклоняването им в нова траектория, която ги отдалечава от Земята. Но това е възможно само ако има достатъчно време. В случай че обектът бъде открит само дни преди сблъсъка, единственото решение е раздробяването му на малки парчета, които или ще подминат планетата, или ще изгорят в атмосферата. Въпреки че звучи като филмов сценарий, е научно издържано.

Това показват доводите, изложени от американски учени в скорошна публикация, предизвикана от преминаването на 2023 NT1. Според тях ракета, която е подготвена да бъде изстреляна в рамките на няколко часа, може да се използва за фрагментиране на астероида. Вариантите са да се действа с пасивни (кинетични) импактори, освободени под формата на облак към астероида, или с активни (експлозивни) импактори – това най-вероятно ще се наложи за някои по-плътни астероиди.

Ако астероидът е от камък (или агрегати), симулациите показват, че той може да бъде обезвреден с разбиване само ден преди удара, като е най-добре фрагментите да са поне 1000, за да може да се намалят ефектите върху атмосферата и да няма щети на повърхността на Земята. При плътни метални астероиди парчетата трябва да с по-малък размер и по-разпръснати, за да се избегне припокриване при изгарянето им.

Отклоняването на астероид с размерите на 2023 NT1 също е възможно и за това ще е нужен само кинетичен импактор с тегло 100 кг, но той трябва да бъде изстрелян няколко дни преди удара. Затова учените смятат, че при предупреждение от около седмица фрагментацията е по-подходящ метод. Тези симулации се базират на данните от сондата DART на NASA, която се сблъска с астероида Диморфос.

Към момента повечето програми за наблюдение и ранно известяване са американски с европейско партньорство. Поради това е най-вероятно и първите противоастероидни ракети да бъдат разработени там. Въпреки това, ако времето за реакция е кратко, местоположението за изстрелване на ракетата може да се окаже ключово, което предполага разполагането на подобен арсенал равномерно по цялата планета. Доколко това е възможно, е въпрос, на който по-скоро трябва да отговорят политиците. Учените показват, че имат решение, което е много вероятно да проработи.

Възпроизводимост в науката

Понякога и в контролирани условия е невъзможно да се повторят конкретни резултати. Тази тема се дискутира активно от дълго време, като се започне от областта на психологията, където е въведен терминът криза на възпроизводимостта. Основната причина са ограничените финансови средства, отпускани за изследвания, чиято цел е да повторят публикувани вече резултати.

В повечето случаи се разчита на изготвянето на проекти със силна „история“, а данните понякога остават на второ място. Донякъде това се дължи на натиска за постоянно публикуване, на който са подложени учените, а отрицателните резултати се приемат изключително трудно от научните издания. Но след като изследванията са вече публикувани, е много трудно да бъдат оборени и тъй като често става въпрос за репутация и его, възниква напрежение между авторите на първоначалните статии и тези, които не могат да повторят резултатите и да публикуват откритието си. Това води до погрешното впечатление, че единични изследвания са абсолютната истина по даден въпрос, а всъщност те са малка част от големия научен пъзел.

Ново проучване представя интересен поглед към проблема и показва колко важно е как ще бъдат обработени данните. То е достъпно в предпечатна версия и все още не е рецензирано, но с оглед на подхода към анализа заслужава да се обсъди, затова и редица публикации обърнаха внимание на представените резултати.

Авторите дават два набора данни на 146 учени в областта на екологията и еволюционната биология. Данните са свързани с два въпроса: доколко размерът на сините синигери се влияе от конкуренцията с другите малки в гнездото и дали тревната покривка пречи, или помага на евкалиптовите фиданки да прорастват. Получените 137 отговора (някои са работили в екип) са многозначителни.

Повечето от 74-те резултата, получени от първия набор данни, показват негативен ефект – колкото по-голяма е конкуренцията в гнездото, толкова по-малки са пиленцата. Но от тези 74 само половината смятат резултата за убедителен. Пет от отговорите са, че данните не показват ясна връзка между двата фактора. А според други пет конкуренцията в гнездото няма ефект. По-ярко разграничаване има при евкалиптовите фиданки. От 63 отговорили 6 откриват позитивен ефект от наличието на тревна покривка, 18 – негативен, а 8 не са сигурни в ефекта. Най-голямата група отговорили смята, че между двете няма връзка.

След получаването на резултатите те са дадени на трета група, която е симулирала рецензионния процес. При него резултатите, показващи най-голям ефект от тревната покривка върху евкалиптовите фиданки, са отхвърлени, но това не променя съществено анализа. При синигерите дори и най-крайните резултати са одобрени. Това показва колко голямо влияние имат подходът при обработка на данните и използваните статистически методи. Особено в биологията, където данните често са изключително хетерогенни, дори малки промени в анализа могат да доведат до абсолютно различен резултат. И въпреки че статиите преминават през рецензиране, това не е гаранция, че статистическият подход ще бъде оценен подобаващо.

Изследването е вдъхновено от друго проучване, при което на 29 екипа, работещи в областта на социалните науки, е даден набор от данни, свързан с цвета на кожата на футболисти и броя червени картони, които получават. Въпреки че 20 от групите откриват статистическа връзка между двете – медианата на вероятността тъмнокож играч да получи картон е около 1,3 пъти по-висока, – абсолютната им стойност варира в широки граници. И както авторите отбелязват, ако всеки един от тези 29 резултата се публикува като отделна статия, изводите може да са коренно различни – от пълна липса на връзка между двете до много силна, с вероятност почти три пъти по-висока в сравнение с играч със светла кожа.

Разпределената обработка на данните не е възможна винаги и крие своите рискове, така че най-вероятно ще остане по-рядко използван подход. Въпреки това, както отбелязват и авторите на изследването с футболните данни, е добра идея да се прилага, когато решенията засягат законодателни промени и други свързани процеси.

Но всичко това не трябва да се приема като сигнал, че науката не работи и не следва да се вярва на резултатите и експертите. Тази дискусия показва, че научният подход работи дори когато е приложен върху себе си. Основният извод за широката публика е, че единични изследвания не трябва да се приемат за абсолютен факт и не е лошо да сме мнителни към шокиращи заглавия в медиите. Това е особено важно при теми като здраве, хранене и икономика, в които сензационните новини не са рядкост.

Научни новини: Нобелови награди 2023

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-nobelovi-nagradi-2023/

Научни новини: Нобелови награди 2023

Октомври идва с вълнуващи новини от научния свят, свързани с обявяването на Нобеловите награди – едно от най-престижните признания за учените и своеобразно тържество на познанието, което ни позволява да надникнем в лабораториите и да разберем върху какво работят изследователите. 

По традиция лауреатите се обявяват в началото на октомври, а церемонията за връчване на наградите ще се проведе на 10 декември – датата на смъртта на техния учредител Алфред Нобел.

Медицина/физиология

Научни новини: Нобелови награди 2023
Носителите на Нобеловата награда за медицина/физиология за 2023 г. – Каталин Карико и Дрю Вайсман. Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach

Наградата за медицина/физиология е присъдена на Каталин Карико и Дрю Вайсман за работата им по модификацията на нуклеозиди, която промени изцяло разбирането ни как информационната РНК (иРНК) взаимодейства с имунната система. Това откритие даде път за разработката на първите иРНК ваксини срещу COVID-19 през 2020 г.

Преди пандемията от 2019 г. създаването на ваксини беше дълъг и труден процес, свързан с доста технологични стъпки. Класическият подход е използването на инактивиран вирус, който не е патогенен, но може да бъде разпознат от имунната система. С напредъка в молекулярната биология и биотехнологиите са разработени ваксини, съдържащи само отделни вирусни компоненти, което драстично намалява риска от грешка в производството и от заразяване на ваксинираните. За целта се взема генетичната последователност, кодираща частта на вируса, към която учените искат да създадат имунитет (най-често капсидната обвивка на вируса), и от нея се синтезира т.нар. рекомбинантен протеин. Този тип ваксини се понасят много добре от организма и може да се прилагат и при хора с отслабена имунна система. Техен недостатък е нуждата от реимунизации.

Друг вид са векторните ваксини – при тях се използва вирус, който е „обезвреден“ чрез премахване на патогенната му способност, и в него е вмъкната генетичната последователност, описана по-горе. След като този вирус ни „зарази“, в клетките ни започват да се произвеждат части от капсида на вируса, срещу който е ваксината. Пример за това е вече добре познатата ваксина на AstraZeneca срещу COVID-19. Въпреки впечатляващите подобрения в технологиите за бързото производство на обеми, достатъчни за справяне с пандемия, са нужни сериозни мощности, които не бяха налични през 2020 г.

Информационната РНК е „матрицата“, по която се изработват протеините в човешкото тяло (както и в почти всички живи организми на планетата). Технологиите за получаване на иРНК в лабораторни условия без използването на клетки (инвитро транскрипция) започват развитието си през 80-те години на миналия век. Още тогава се появяват идеи за приложението на синтетична иРНК в медицината, но учените срещат спънка: клетките на гостоприемника дават силен възпалителен отговор. Въпреки това Карико още тогава смята, че иРНК има терапевтичен потенциал, и когато се запознава с нов колега в Университета на Пенсилвания – имунолога Дрю Вайсман, започва сътрудничество, което ще се окаже много продуктивно.

Един от обектите, към които Вайсман проявява интерес, са дендритните клетки – те са част от имунната система и имат роля при активацията на имунен отговор към ваксини. След като започват да работят заедно, Карико и Вайсман откриват, че тези клетки имат очаквана реакция към стандартната инвитро иРНК, но не и към иРНК от бозайник, която приемат без проблем. Една от спецификите на втората е, че някои от съставните ѝ части са модифицирани. След като правят химична модификация в една от нуклеозидните бази на синтетичната иРНК, сходна с тази при бозайниците, възпалителният отговор на дендритните клетки почти изчезва. Двамата учени осъзнават, че това е липсващото парче от пъзела и потенциалът за терапевтично приложение може да се разгърне. В последващите им разработки се установява, че количеството на отделените протеини в клетките се увеличава вследствие на модификацията. Скоро след публикуването на тези данни започва разработването на иРНК ваксини срещу зика и MERS-CoV.

Това се оказва ключово при избухването на епидемията от COVID-19, защото технологията позволява бързо да се разработи ваксина срещу вируса. Само година след началото на пандемията резултатите са впечатляващи – 95% ефективност на защитата. Успехът потвърждава тезата на Карико, че иРНК терапиите могат да бъдат незаменими в медицината въпреки скептицизма на немалко нейни колеги, и дава поле за пълното разгръщане на потенциала им. BioNTech – компанията, разработила първата одобрена иРНК ваксина (срещу SARS-CoV-2), в момента работи по осем нови (сред тях срещу инфлуенца, туберкулоза и малария), а в Moderna, другата компания с иРНК ваксина срещу заболяването, също тече активна развойна дейност върху над 20 различни терапии.

Освен срещу вируси, технологията позволява да се създадат ваксини и срещу бактерии, както и срещу някои видове ракови заболявания. Изследва се и възможността за удължаване на теломерите, чието скъсяване може би има връзка със стареенето. Възможността за вмъкване на иРНК и синтез на нови протеини съдържа огромен потенциал, който предстои да бъде използван в пълен мащаб. Много е вероятно откритието на Карико и Вайсман, което вече заслужено се описва като историческо, тепърва да донесе много изненади.

Физика

Научни новини: Нобелови награди 2023
Носителите на Нобеловата награда за физика за 2023 г. – Пиер Агостини, Ференц Краус и Ан Л’Юийе. Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach

Наградата за физика е присъдена на Пиер Агостини, Ференц Краус и Ан Л’Юийе за внедряването на нови подходи за изследване на света на електроните в атомите и молекулите. Тримата учени са открили начин за излъчване на изключително къси импулси светлина, които могат да се използват за мигновените процеси на движение на електроните или за преминаването им в различни енергийни нива.

Човешкото възприятие е сравнително бързо – зрителната ни система може да различи отделни премигвания на светлина с честота между 50 и 90 Hz. При птиците зрението е още по-развито, като един от рекордите е при жалобната мухоловка, която може да различава светлинни импулси с честота, достигаща 145 Hz, почти три пъти по-бързо от нас. Това е и една от причините гълъбите, които стоят на пътя ни, да излитат в последния възможен момент. Тяхното зрение е толкова бързо, че за тях ние се движим на забавен каданс. Най-вероятно има и доза мързел и арогантност.

Но дори и за жалобната мухоловка движението на електроните ще бъде абсолютно размазано и неясно. При тях промените стават за части от атосекундата. Атосекундата е с продължителност една квинтилионна от секундата (10-18) – толкова кратка, че в една секунда се съдържат толкова атосекунди, колкото секунди са изминали от създаването на Вселената при Големия взрив преди 13,8 млрд. години.

Тази скорост кара Вернер Хайзенберг (известен с принципа на неопределеност) да изкаже през 1925 г. мнението, че светът на електроните ще остане недостижим за науката. Все пак технологиите напредват и през 80-те години на миналия век са изобретени лазери, които могат да произвеждат импулси с продължителност от порядъка на фемтосекунди (в една фемтосекунда има 1000 атосекунди), с помощта на които може да се наблюдава движението на „тежките и бавни“ атомни ядра.

През 1987 г. Ан Л’Юийе открива, че при преминаването на светлината от инфрачервен лазер през инертен газ се получават много обертонове на светлината – всеки от тях с по-бързо трептене от основната честота на лазера, подобно на обертоновете при струнните инструменти. Това се дължи на взаимодействия на светлината с атомите на газа, придаващи на електроните в тях допълнителна енергия, която впоследствие се излъчва като светлинни вълни. При определени условия те се наслагват, като усилват интензитета на лазерната светлина и я карат да пулсира с период от няколкостотин атосекунди.

Благодарение на продължаващата работа на изследователката през 2001 г. Пиер Агостини успява да получи пулсираща светлина в порядъка на атосекунди. Екипът му постига това, като раздвоява лазерния лъч. След като единият новополучен лъч се пропусне през интернет газ, той започва да пулсира. При събирането на двата лъча получените импулси са с продължителност 250 атосекунди. Междувременно, избирайки различен експериментален подход, Ференц Краус успява да изолира единичен светлинен импулс с продължителност 650 атосекунди, използвайки го да проследи как електроните се отделят от атомите.

Благодарение на постиженията на лауреатите вече можем да наблюдаваме някои изключително бързи процеси в ядрата на атомите – нещо, което доскоро беше невъзможно. За момента изглежда, че основното приложение на откритията ще бъде във фундаменталната наука за изследване на движението на електроните между атоми и изучаване на протичането на химични реакции на атомно ниво. Въпреки това потенциал има и за приложната наука и технологиите. В електрониката биха могли да бъдат използвани за изучаване и контролиране на движението на електроните в даден материал, което би било полезно за производството на по-добри полупроводници. С помощта на атосекундните импулси може да се определят и най-различни молекули, което би имало приложение във фундаменталните и приложните изследвания, както и в медицината.

Химия

Научни новини: Нобелови награди 2023
Носителите на Нобеловата награда за химия за 2023 г. – Мунги Бавенди, Луис Брус и Алексей Екимов. Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach

Третата присъдена награда е в областта на химията, където победители са Мунги Бавенди, Луис Брус и Алексей Екимов за откритието и синтеза на квантовите точки. Те са изключително малки полупроводникови частици с диаметър от няколко нанометра. Благодарение на тези малки мащаби при тях се проявяват квантови ефекти, които им придават подобрени електрически и оптични свойства. При осветяването им квантовите точки излъчват ярка светлина, чийто цвят зависи от размера на частиците – по-големите излъчват по-червена, а по-малките – по-синя, което позволява с регулиране на размера им да се контролира цветът на светлината, която излъчват.

За възможността за възникване на квантови ефекти в зависимост от размера на частиците учените предполагат още от откриването на квантовата механика. Въпреки че в лабораторни условия може да се създават материали, покрити с тънкослойни квантови точки, за това се изискват изключително висок вакуум и много ниска температура, което е пречка за индустриалното производство.

Първият пробив е в началото на 80-те години на миналия век, когато Екимов установява, че при вариране на температурата и времето за нагряване при добавяне на меден хлорид, в стъклото се получават частици с различен размер, които променят цвета му. Това донякъде е вдъхновено от древните стъклари, които влагат различни метали в разтопеното стъкло, за да му придадат различен цвят. Няколко години по-късно, без да знае за експеримента на Екимов, Луис Брус успява да постигне същите квантови ефекти при частици кадмиев сулфид, които са свободно суспендирани в течност.

Третият лауреат – Мунги Бавенди, постдокторант в лабораторията на Брус, започва работа върху възможността за създаване на квантови точки с прецизни размери. До момента получените размери са случайни и няма как да бъдат използвани в практиката. Бавенди открива, че прецизното контролиране на температурата по време на нарастване на кристали от кадмиев селенид позволява да се регулира скоростта на нарастване и съответно размерът им. Тази технология се оказва решение за създаването на нанокристали с много равномерна форма и размер, които може да се вложат в производството на различна техника.

В момента квантовите точки се използват за създаване на по-добри светодиоди (на тях се базират QLED дисплеите), на прозорци, които са и слънчеви панели, а в областта на биохимията и медицината – за наблюдение на специфични тъкани и органели. Както и при другите наградени открития, учените считат, че това е само началото и то тепърва ще има принос за развитието на много нови технологии, като гъвкава електроника, по-малки сензори, по-тънки слънчеви панели и подобрения в квантовата криптография.

Научни новини: Механизми за предпазване от болести, проблеми във „Фукушима“ и поздрави от съзвездието Кентавър

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-mehanizmi-za-predpazvane-ot-bolesti-fukushima-kentavur/

Естествена защита от SARS-CoV-2

Научни новини: Механизми за предпазване от болести, проблеми във „Фукушима“ и поздрави от съзвездието Кентавър

Имунната ни система има много механизми, с които да ни предпази от нашественици. Но за да не се обърне срещу нас, тя има нужда и от начин да идентифицира нашите клетки. Един от тях са протеини, които са разположени по повърхността на клетките и се кодират от HLA гените. При тези протеини се наблюдава силен полиморфизъм – те са много различни и рядко се среща сходство при отделни хора. Активното им участие в имунната система води до клиничното им значение при трансплантации, автоимунни, ракови и заразни болести.

Открита е и интересна връзка с COVID-19 и безсимптомното протичане на заболяването при някои хора. Оказва се, че при носителите на специфичен вариант на HLA-B гена, T-клетките от имунната система са по-подготвени за отговор на вируса. Хипотезата на учените е, че дори да не са се срещали с него, клетките успяват да го разпознаят благодарение на сходството му с често срещаните коронавируси, причинители на настинките.

Поне едно копие на варианта HLA-B*15:01 е открито в около 10% от пациентите с европейско потекло, включени в изследването. При хомозиготните носители (с две копия на варианта, получени от двамата родители) вероятността за безсимптомно протичане е осем пъти по-висока. От данните се вижда, че в групата, която няма симптоми, около 20% са носители на варианта, докато в другата група той се открива само в 9%. Това кара учените да изкажат хипотезата, че наличието на варианта обуславя по-малка вероятност от развитие на симптоми, като ефектът е адитивен (с натрупване).

Данните за изследването са взети от доброволци, включени в голяма база с донори на костен мозък (NMDP). Едно от изследванията за съвместимост, което се прави с цел намиране на подходящ донор за пациенти, нуждаещи се от трансплантация, е именно генотипиране на HLA вариантите. Информацията за COVID-19 е събрана с помощта на мобилно приложение, в което всеки е можел да попълни здравния статус и симптомите си.

Такава база с донори се поддържа и у нас и всеки на възраст от 18 до 50 години и в добро здравословно състояние може да се регистрира като донор. В последно време вече се разчита повече на извличането на периферни стволови клетки (ПСК), които се откриват в ниска концентрация в кръвта. Количеството им може да се увеличи с медикаменти, които предизвикват засиления им синтез от костния мозък, а след това ПСК се извличат от кръвта с помощта на апарат за афереза. Процедурата е много по-лека от даряването на костен мозък, тъй като не е свързано с оперативна намеса.

Нови проблеми във „Фукушима“

В общ план атомната енергия все още е важен елемент от стратегията за генериране на електроенергия на фона на глобалните климатични промени. За съжаление, инцидентите в този тип електроцентрали са колкото редки, толкова и значими в природозащитен, икономически и човешки аспект. Аварията в атомната централа „Фукушима I“ през 2011 г. е втората (след „Чернобил“ от 1986 г.) от седма степен по международната скала за ядрени и радиационни събития. Вследствие на земетресение и последвало цунами части от структурата на работещите блокове бяха нарушени, което доведе до изпускане на радиоактивен материал.

Горивото в реакторите остава горещо за дълго време, което налага да се охлаждат с вода. Но тя се замърсява радиоактивно, ставайки опасен отпадък, и в момента се съхранява в стоманени резервоари, намиращи се на територията на централата. Там се събират също подпочвена и дъждовна вода от територията около централата, радиоактивно замърсена в резултат на аварията. Периодично Токийската електрическа компания (TEPCO) предупреждаваше, че мястото за построяване на нови резервоари намалява, а през 2021 г. обяви плановете си за контролирано освобождаване на тази вода в океана в рамките на няколко десетилетия. Към момента са събрани над 1,3 млн. тона, достатъчни да напълнят над 500 басейна с олимпийски размери.

Преди изпускането ѝ водата ще бъде пречистена с помощта на специална филтрираща система (ALPS), която премахва над 60 радиоактивни изотопа от нея. Този процес е одобрен от Международната агенция за атомна енергия (МААЕ) към ООН и се следи внимателно от експертите ѝ. За съжаление, технологията не е напълно ефективна и някои изотопи остават в доловими количества (като цезий-137 и стронций-90), а премахването на други е невъзможно. Един от тях е тритият – изотоп на водорода, в който има два неутрона, липсващи в най-често срещаната форма, и е с период на полуразпад 12,3 години.

Плановете на компанията са преди изпускането водата да се разреди така, че концентрацията на тритий да падне под допустимите граници на СЗО за питейна вода. На това се дължи и дългият период, предвиден за изпразването на резервоарите. Според редица изказвания от страна на японските власти и МААЕ място за тревога няма – вода, съдържаща изотопа, се изпуска от много атомни електроцентрали, и то в концентрации, по-високи от планираните за „Фукушима“.

Например най-мащабният център за преработка на ядрено гориво, разположен във Франция, годишно изпуска неколкократно повече тритий, отколкото се намира във всички резервоари в централата. Също той се счита за сравнително безопасен, тъй като е източник на бета-радиация, поради което няма достатъчно енергия да проникне през кожата. Риск за здравето има при поглъщане на по-големи количества, например чрез замърсена риба. Изотопът се задържа в тялото между 7 и 14 дни, като най-практичният антидот е да се пие повече вода, защото най-често той влиза в организма под формата на свръхтежка вода. На база на всичко това МААЕ дава зелена светлина за започване на процедурата през втората половина на 2023 г.

Въпреки официалното разрешение от регулаторните органи повечето реакции са отрицателни. Най-силни са от съседните държави, които са и сред най-големите вносители на морски дарове от Япония. Например Хонконг възнамерява да забрани вноса от 10 японски префектури, ако започне изпускането на резервоарите. В Южна Корея рибари протестираха срещу решението, към което правителството е положително настроено. Недоволство е изказано и от представител на японската асоциация на рибарските кооперативи, според когото трябва да се намери друг вариант за справяне със замърсената вода.

Китайската реакция е още по-остра – в изявление на говорителя на Министерството на външните работи в няколко точки се изразява мнение, че технологията за пречистване на водата все още не е доказана, а TEPCO е обвинена в укриване и манипулиране на данни. Заключението е, че „Тихият океан не е отходен канал на Япония“ и решението не трябва да се взема еднолично. За ситуацията не помагат и съобщенията, че през последната година неколкократно е хващана риба с високо радиационно съдържание във водите покрай отвеждащите тръби на централата. През май в такъв улов е открит радиоактивният изотоп цезий-137 в концентрация 180 пъти над разрешените нива.

Все още няма ясна дата за началото на изпразването на резервоарите, но японското правителство активно дебатира както с граждански организации, така и на международно ниво, призовавайки за вяра в науката и съвременните технологии. За момента изглежда, че решението на правителството и TEPCO е окончателно, но не се знае дали икономическият риск от намаляване на износа и обтегнатите отношения със съседите на Япония няма да го забави или промени. От друга страна, отработената вода продължава да се натрупва и предприемането на действия не може да се отлага дълго.

Системата PDS 70

Планетарната система PDS 70 се намира на около 370 светлинни години от Земята, в съзвездието Кентавър. Тя е от голям интерес за астрономите, тъй като е в началото на формирането си и тепърва в нея ще се образуват планети и луни и орбитите им ще се стабилизират. Звездата в центъра ѝ е сравнително млада (на около 5,4 млн. години) и е от спектрален клас K. Тези звезди са по-малки и по-студени от нашето Слънце, но дават няколко предимства за развитие на живот в обитаемата им зона – стабилният им цикъл е по-дълъг и отделят по-малко ултравиолетови лъчи.

В орбита около звездата са открити два газови гиганта, подобни на Юпитер, както и впечатляващ пръстен, в който най-вероятно се формират още планети. Единият от гигантите – PDS 70c, вече се сдоби със славата на първия със забелязан около него облак, от който ще се образуват естествени спътници.

С помощта на най-големия радиотелескоп в света ALMA, намиращ се в чилийската пустиня Атакама, е направено друго наблюдение, което може да се окаже първо по рода си – откриване на екзотроянец в далечната система.

Научни новини: Механизми за предпазване от болести, проблеми във „Фукушима“ и поздрави от съзвездието Кентавър
Системата PDS 70. В центъра ѝ е млада звезда, а периметърът се отличава с плътен пръстен. Планетата PDS 70b се намира под звездата, а троянският ѝ спътник – вдясно от нея. На около три часа̀ близо до пръстена се вижда и планетата PDS 70c. Източник: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / Balsalobre-Ruza et al.

Троянските обекти са интересни тела, чиято орбита обикновено съвпада с орбитата на по-голямо тяло, намиращо се на 60 градуса преди или след тях. Това са две от стабилните точки в орбитите, наричани точки на Лагранж: L4, намираща се преди основното тяло, и L5 – след него. Троянските обекти са добре познато явление в нашата Слънчева система – почти всички планети имат такива. В повечето случаи те не са много, например за Земята са известни два и се намират в L4, като вторият (2020 XL5) е сравнително ново откритие от 2020 г. Юпитер, от друга страна, освен с размера си, впечатлява и с броя на троянските обекти в своята орбита. До момента са описани над 11 000, приблизително две трети от които се движат преди него.

Новото откритие е облак, движещ се в орбитата на другата планета – PDS 70b, но не е ясно дали той тепърва ще се обособи в нова планета, или представлява останки от такава. Теоретичната възможност за съществуване на троянски обекти със сходна маса е лансирана отдавна, но до момента подобни обекти не са били открити. Възможно е редкостта им да е следствие от нестабилността на орбитите им за по-дълъг период и затова първото наблюдение да е в млада система. Повече информация ще бъде получена през 2026 г., когато планетата и съпътстващият облак от фрагменти ще са изминали достатъчно разстояние и учените ще могат да проверят дали продължават да се движат в тандем.

Откритието е изключително вълнуващо, защото, освен че е от значение за науката, потвърждението за съществуването на екзотроянците има и по-интригуваща страна – това означава, че е възможно да има две планети със сходен размер, климат и дължина на годината, които са изключително близо една до друга.

В системата има и втори, по-малък акреционен диск, който се намира в областта между звездата и пространството, разчистено от PDS 70b и потенциалния му партньор. Ширината на диска покрива разстояние от около 160 млн. км, което попада в т.нар. обитаема зона за този клас звезди. С помощта на детектора в средния инфрачервен спектър MIRI на космическата обсерватория „Джеймс Уеб“ учени от Института по астрономия „Макс Планк“ в Хайделберг са отчели, че в диска се съдържа вода под формата на пара.

За момента произходът на водата не е напълно ясен. Възможно е тя да се образува на място при свързването на водород и кислород в проста поредица от реакции. Условията в системата позволяват и пренасяне на частици с лед от външната към вътрешната част, което може да е допълнителен източник за вътрешния планетообразуващ облак. Счита се, че водните молекули не се разпадат, защото частиците, изграждащи облака, ги защитават от ултравиолетовите лъчения на звездата.

Въз основа на данните може да се предположи, че ако там се образуват планети, те ще имат на разположение вода още в най-ранните етапи на процеса. Комбинирано с класа на звездата и попадането им в обитаемата ѝ зона, това подсказва голяма вероятност да се получат планети, сходни със Земята. Отдалечеността им от нас ги прави недостъпни заради технологичното ни развитие към момента, но ни дава възможност да разберем повече за формирането на нашата планета, а също така ни насочва какви признаци да търсим в по-близки системи.

Водещо изображение: Художествено представяне на акреционния диск около звездата PDS 70 в съзвездието Кентавър. С помощта на космическата обсерватория „Джеймс Уеб“ в него е открита вода под формата на пара. Източник: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Научни новини: ГМО и глобално затопляне

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-gmo-i-globalno-zatoplyane/

Промяна на ГМО хоризонта

Научни новини: ГМО и глобално затопляне

През последните 10–15 години възможностите за редактиране на генома на културните растения се разшириха значително и учените вече имат по-прецизни и по-лесни за употреба инструменти, като ZFNs, TALENs и най-новия CRISPR/Cas9. Тези методи са основата на т.нар. нови геномни техники (НГТ) и бяха в своеобразна сива зона в Европа, защото нямаше пълна яснота дали растенията, получени с тяхна помощ, попадат в категорията на „класическите“ ГМО.

С решение на Съда на Европейския съюз от средата на 2018 г. бе установено, че към новите геномни техники ще се прилага съществуващото законодателство за ГМО. Въпреки че позицията на повечето учени, включително от Европейския орган за безопасност на храните (ЕОБХ), е, че те са по-безопасни от старите методи за генетични манипулации, това решение донякъде не беше изненада поради традиционно консервативния подход на ЕС в тази област.

Но ситуацията може да се промени – след проучване на НГТ Европейската комисия предлага преразглеждане на сегашните регулации и облекчаването им за някои растения. В предложението се въвеждат две категории, в които ще попадат растенията в зависимост от вида, броя и размера на генетичните модификации на генома.

Категория 1 ще покрива растения с промени, които може да се срещнат в природата или да се постигнат с традиционните техники за селекция. Това ограничава потенциалните промени до насочена мутагенеза (промяна на конкретни участъци от ДНК, в повечето случаи с цел инактивиране на гени) и цисгенеза (прехвърляне на генетичен материал от два близкородствени организма).

Преди пускането им на пазара те ще минават през процедура на верификация, но тя ще бъде значително облекчена и ускорена, а след това растенията ще бъдат третирани като получени от конвенционална селекция. Все пак при съществени промени на състава и хранителните им качества ще попадат под регулациите за нови храни в ЕС и ще минават за одобрение през ЕОБХ.

Може би най-спорната част е НГТ произходът да бъде означен само на семената, използвани от земеделците, а всички продукти, които стигат до крайния потребител, да бъдат разглеждани като конвенционални. Все пак тези растения няма да могат да се сертифицират като „органични“, което донякъде ще ги различава. Най-вероятно обект на възражения ще бъде и условието, че отделните страни членки няма да могат да забранят полските опити и отглеждането на тези растения.

В предложението се говори и за проследяемост, но е интересно как ще бъде реализиран този процес, защото за разлика от по-старите методи за намеса в генома, промяната с помощта на НГТ е недоловима.

За останалите растения (категория 2) ще продължат да важат сегашните регулации за ГМО. Тук ще се включват трансгенетичните растения (с вмъкнато ДНК от различни организми), растенията с екстензивни редакции и някои други изключения.

Предложението за промяна идва в динамичен момент в глобален мащаб. От особена важност е въвеждането на нови сортове, които ще са ключови за изхранването ни на фона на настъпващите климатични промени. Друг значим фактор е опасността от изоставане в сферата на генетичните редакции както в научен, така и икономически аспект. Регулациите за този тип генетични редакции са значително по-облекчени в САЩ, Индия, Китай, Великобритания и редица други държави, което прави развитието на иновации в сферата по-лесно и по-изгодно. В документа се споменават също пандемията от COVID-19 и войната в Украйна, разкрили външните зависимости на Европа.

Очаквано, научните среди и биотехнологичните компании приемат новината добре. Според оценката на ЕК промяната в регулациите би спестила милиони евро годишно и така разработването на нови сортове ще стане по-достъпно, а административните разходи ще намалеят. В подкрепа на предложението за облекчаване на регулациите е и организацията EU-SAGE („Устойчиво земеделие чрез генетични редакции в Европа“), в която членуват учени от над 150 европейски института, три от които български.

Редица организации се противопоставят със становището, че промените ще влошат качеството на храната. Има също опасения, че селекцията на нови видове ще бъде консолидирана в ограничен брой биотехнологични гиганти, което ще доведе до по-високи цени на семената, и ще бъде ограничена свободата на фермерите. Събрани са и над 400 000 подписа в петиция, която според организаторите ѝ ще покаже преобладаващото негативно мнение на жителите на ЕС.

В процеса на обсъждане най-вероятно ще настъпят промени в детайлите, но след като бъдат приети от ЕК, новите правила ще трябва да бъдат гласувани и в Европейския парламент, където също се очаква да има разгорещени дебати. Важното е, че дискусията е започнала и има възможност да се стигне до решение, което да е в крак с промените – както климатични, така и научни.

Планетата се затопля

За съжаление, глобалните климатични промени не чакат обсъжданията. В няколко поредни юлски дни бяха счупени температурните рекорди и се очаква 2023-та да е най-горещата година от последните над 200, в които се правят точни измервания. Ако се включат и палеоклиматичните данни, този период може да достигне 120 000 години.

Справка в поддържания от Университета на Мейн Climate Reanalyzer показва, че средната глобална температура е достигнала 17,23°C на 6 юли. Един от рекордите е потвърден и от Европейската услуга за проследяване на климатичните промени, в която се използват данни от спътниците „Коперник“. Учените отбелязват, че това може да е вследствие на времето в Южното полукълбо и потока от необичайно горещ въздух над части от Антарктида, но промените са отчетени и в много други точки на света. В алжирския град Адрар температурата не е паднала под 39,6°C дори и през нощта. А след два смъртни случая в Пекин поради високите температури, в редица градове в Китай бяха отворени бомбоубежищата и бе забранена работата на открито.

Една от основните причини за високите температури е Ел Ниньо – топлата фаза на Южното колебание, чийто интензитет този път е особено висок. Това донякъде беше очаквано заради нехарактерно голямата продължителност на предхождащата студена фаза (Ла Ниня). Тъй като пикът на топлата фаза обикновено е между ноември и януари, се очаква ефектът му да се засили през идните месеци, като не е изключено да продължи и по-дълго от обичайното, както стана и при предхождащата Ла Ниня.

За интензитета на Ел Ниньо е ключова температурата на океанската вода, защото при него само се прехвърля топлина от океана към атмосферата. А океанът се затопля – според данни на Европейската услуга за проследяване на климатичните промени температурата на океана през юни е с 0,91°C над средната за периода 1979–2023 г. и с около 0,5°C по-висока от предишния юнски рекорд, отчетен през 2010 г. Особено топли са североизточните части на Атлантика, където температурите са достигнали 1,36°C над средното.

Поради затоплянето на горните слоеве на океана, изкачването на студената вода от дълбочините се забавя и се образува своеобразна възглавница от топла вода. Така топлината, която океанът е поел през трите години на Ла Ниня, сега се освобождава. Този фронт предизвиква и повече гръмотевични бури, което допълнително затопля атмосферата.

Високите температури са само едно от следствията на глобалните климатични промени. Водният цикъл на планетата също се влияе и променя по опасен начин. Испания е засегната от суша, която може да се окаже рекордна за последния век с 36 последователни месеца с валежи по-ниски от средната стойност. Съчетано с високите температури, това вещае катастрофална година за земеделците. Проблеми има и с питейната вода. Нивото на язовира Sau Reservoir в Каталуния е едва на 7% от капацитета му през април. Това е наложило и премахването на рибата от него, тъй като водата вече е била негодна за живот. На този фон наводнения в Индия засегнаха над половин милион души, като проливните дъждове са довели до преливането на река Беки и евакуацията на около 14 000 души. Наводнения с жертви имаше и в Япония и Турция.

В Канада бушуват опустошителни горски пожари, димът от които покри северните части на САЩ. Изгорели са над 9 млн. хектара – два пъти повече от обработваемите площи в България, а властите предупреждават, че тази година опасният сезон ще е по-продължителен. Мащабите са безпрецедентни и освен че имат унищожителни последици, пожарите ще влошат дългосрочно климата – въглеродните емисии са много по-високи от предходни години, а кумулативната топлина, отделена от огъня до момента, е почти два пъти повече, отколкото за цялата рекордна 2022 година. Най-вероятно ранното начало на сезона на пожарите се дължи на нехарактерните и дълги суши, комбинирани с необичайно високи температури. В началото на юли в северните части на провинция Квебек температурата е достигнала 34°C.

Промените са пагубни за всички обитатели на планетата. Затоплянето на океана, особено когато е рязко, както по време на Ел Ниньо, влияе зле и на обитателите му, и на птиците, които се хранят с тях. Ефектът от това не е незабавен, а може да се наблюдава след един до шест месеца според изследване на американски учени. Обобщени са данни от четири проекта за обследване на плажове, в които обучени доброволци броят мъртвите птици в конкретен участък.

Причините за смъртта на птиците са разнообразни, но повечето са свързани с променящите се екосистеми. Най-честата причина е промяна във видовия състав и размера на популациите в местата, в които те се хранят, водещо до гладна смърт. С промяната на самия океан е очаквано да настъпят промени и в организмите, които го обитават. Според авторите на статията мащабът на тези промени е голям и може да става въпрос за над милион загинали птици в периода 2014–2019 г. По-топлите води са добра среда за развитието на алги, които може да бъдат токсични за животните.

Топлинните вълни имат негативно влияние и върху насекомите. Ако температурата се повиши за три дни по време на възпроизвеждане, броят на потомството намалява двойно, а вероятността от успешно оплождане спада със 75%. Драстично спада и вероятността младите насекоми да оцелеят. Интересното е, че ако периодът на висока температура е малко преди или след периода на интимност, негативното му влияние е почти незначително. Резултатите от това изследване са важни, тъй като насекомите са основна част от хранителните вериги и над 89% от цъфтящите растения се опрашват от тях. В скорошна публикация е изказана хипотезата, че първите цъфтящи растения са били опрашвани от насекоми, а разпространението на полен с вятъра се е появило на по-късен етап.

Учените сигнализират за опасността от климатичните промени от десетилетия, но взетите мерки, изглежда, са твърде късни или недостатъчни. Протоколът от Киото и последващото Парижко споразумение дават рамка на световните правителства за намаляване на емисиите, но не е ясно дали те ще бъдат достатъчни. Планетата има известен буфер, най-вече в Световния океан, за поемане на допълнителна топлина, но той започва да се изчерпва и сме на ръба на събития, които ще бъдат каскадни и необратими. Въпреки че някои са скептични относно антропогенния характер на случващото се, то е факт и пред нас стоят множество проблеми, за които ще трябва да се намери решение.

Заглавно изображение: Язовир Sau Reservoir в Каталуния, заснет на 13 март 2023 г. Нивото на водоема е спаднало драстично оттогава. Снимка: European Union, Copernicus Sentinel-2 imagery

Научни новини: палеонтология, ледени риби и нещо ново за COVID–19

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-paleontologiya-ledeni-ribi/

Палеонтологични открития

Научни новини: палеонтология, ледени риби и нещо ново за COVID–19

Праисторията на планетата ни е изключително богата и вълнуваща. За съжаление, големи участъци от нея все още не са ни известни. Две скорошни открития запълват частици от този пъзел и ни позволяват да надникнем към отдавна отминали времена.

Креда е последният период на мезозойската ера и е с продължителност около 70 млн. години. Преходът между долна и горна креда преди 99 млн. години е период на големи промени в климата на планетата, което се отразява на популациите на динозаврите. Поради повишаването на нивата на въглероден диоксид в атмосферата, глобалната температура и нивата на световните океани се повишават, което води до намаляване на обитаемите области. В този период гигантските тревопасни завроподи с дълги шии в сегашна Северна Америка започват да изчезват, докато популациите на по-малките орнитоподи се увеличават.

Научни новини: палеонтология, ледени риби и нещо ново за COVID–19
Iani smithi най-вероятно е изглеждал така. В зелено са оцветени откритите кости. Адаптирано от Zanno et al., 2023

Именно за ранен орнитопод е считан от откривателите си динозавърът Iani smithi, наречен на двуликия бог на промяната Янус. Добре запазеният скелет е открит в щата Юта. Особено ценно е наличието на почти пълен череп, което е помогнало на палеонтолозите да разберат повече за вида и да го причислят към подгрупата на орнитоподите Rhabdodontomorpha най-вече заради характерните за тях широки зъби и някои особености на челюстта. Това прави находката рядка за Северна Америка, тъй като подобни животни са се срещали предимно в Европа.

В най-южната част на Чили учените се натъкват на уникална находка под формата на фосили от първия по вида си тревопасен динозавър, открит в субантарктическия регион Gonkoken nanoi. Името му е взето от езика на теуелче – коренните жители на Патагония: gon означава „сходен, подобен“, а koken – „дива патица“ или „лебед“. Дължината на динозавъра е била около четири метра и е можел да се изправя на задните си крака, за да се храни с по-висока растителност.

По останките учените са определили, че е бил много сходен с широко разпространената група на хадрозаврите (известни като динозаври с „патешки човки“), но не спада към нея. Засега хипотезата е, че за разлика от по-северните си роднини от Патагония, той е потомък на общ предшественик, от който са произлезли и хадрозаврите. Най-вероятно този прото-Gonkoken е мигрирал рано в Южна Америка, като е достигнал най-южните ѝ части, докъдето същинските хадрозаври не са успели. Откритието повдига въпроса дали не трябва да се преразгледат и другите фосили от района, защото може да се окаже, че не са типични хадрозаври, а са по-близки роднини на Gonkoken.

След средата на креда броят на тези тревопасни се увеличава бързо и те стават едни от най-усъвършенстваните машини за приемане на растителна храна със стотиците си зъби, способни да мачкат, накъсват и стриват най-различни растения. Хегемонията на гигантите приключва със събитието К–Т, причинено от сблъсъка на астероид със Земята. Глобалните климатични промени, произтекли от него, променят драстично видовия състав на планетата и откриват поле за еволюцията на видове, по-добре адаптирани към новия свят.

Оцеляване в студа

Животът намира своето място дори и в най-екстремните ареали. Около Антарктида живеят риби от разред Бодлоперки, наречени ледени риби заради способността си да оцеляват във вода с температура, достигаща -2°C. Освен че е една от причините за по-ниската температура на водата, Западноветровото течение, опасващо континента, ги е изолирало от останалите океански обитатели. Това им е позволило да запълнят много от свободните екологични ниши и да образуват значително количество отделни видове (предполага се, че са между 130 и 140).

За справяне с околната среда рибите са развили редица адаптации, сред които синтез на „антифризни“ белтъци и големи мускулни влакна. Но ниските температури са станали причина и за загубата на характеристики, които се смятат за общи за всички живи организми – от бактериите до човека. Една от тях е, че когато са изложени на по-високи температури, не отделят специфични протеини, които се синтезират при стрес от околната среда.

Още по-интересна е липсата на функционални червени кръвни телца, които снабдяват с кислород всички останали гръбначни животни. Загубен или драстично намален е и синтезът на хемоглобин, поради което тяхната кръв няма характерния червен цвят, а е безцветна. Тази адаптация е възможна благодарение на факта, че кислородът е много по-разтворим в студена вода и за да се възползват от повишената му концентрация, рибите са развили голямо, бавно биещо сърце и широки кръвоносни съдове.

Секвенирането на геномите на 24 вида, част от които с помощта на по-нова технология, позволяваща прочитането на по-дълги участъци ДНК, дава възможност да се вникне във възникването на тези промени и да се определи техният еволюционен път. Според получените данни първите видове са започнали да се формират много по-скоро, отколкото се считаше до момента – около 10,7 млн. години вместо 22 млн., като преди около 5 млн. години е започнало интензивно видообразуване. Това е подкрепено и от климатични данни, сочещи, че в този период температурата в района е паднала, започнало е образуването на лед и са се повишили нивата на кислород.

Оказва се също, че геномът на някои от видовете, които живеят около Антарктида, е почти два пъти по-голям от този на роднините им, обитаващи южните брегове на Южна Америка. Това се дължи основно на намножаването на транспозони – подвижни генетични елементи, които имат свойството да се преместват или копират в генома. Те са основна причина и за промените в два участъка, отговорни за синтеза на хемоглобин при рибите. Възползвайки се от улеснената биоинформатична обработка на данните от новата технология за секвениране, учените са успели да получат информация за гените, намиращи се в тях – при ледените риби те са изчезнали, като са били заменени от транспозони.

Освен за непосредственото разкриване на механизмите на генетичните адаптации при изследваните видове, развитието на технологиите за секвениране ни дава възможност да вникнем много по-добре в еволюцията на обитателите на най-екстремните екологични ниши. Тъй като са тясноспециализирани за живот в такива условия, те са изключително застрашени от глобалните климатични промени, поради което подобни проекти ще са много ценни за проследяването на промените в биоразнообразието в тези региони.

Ново за COVID-19

Макар повечето хора да приемат, че тежките дни на пандемията са преминали, последствията от нея тепърва се разгръщат и ще бъдат оценявани. Научните изследвания продължават и ни дават все по-добро разбиране на самия вирус и на начина, по който взаимодейства с тялото ни.

Точният механизъм на проникване на вирусните частици (вириони) на SARS-CoV-2 в клетките все още крие тайни и учените се опитват да разберат как протича този процес. На повърхността си всеки вирион носи между 20 и 40 шипчета (спайкпротеини), които са хомотримери – изградени от три идентични полипептида. С тяхна помощ той се свързва с ACE2 рецепторите, намиращи се по човешките клетки.

Една от хипотезите до момента беше, че поради гъвкавостта на спайкпротеините вирионът ще може да свърже няколко от тях с няколко рецептора по клетките. Друго предположение беше, че тъй като всяко шипче е изградено от три компонента, то ще е много по-ефективно да се свърже с полимер на ACE2 рецептора. По времето, когато тези хипотези бяха предложени, в тяхна подкрепа имаше достатъчно информация, но тя не беше получена по оптимален начин, тъй като наблюденията са правени с пречистени протеини, което не отразява реалното състояние в човешките клетки.

Ново изследване на германски екип дава повече яснота за случващото се по време на инфекция в условия, по-близки до естествените. Учените са използвали метод за микроскопия със суперрезолюция dSTORM (direct stochastic optical reconstruction microscopy), разработен от тях. Използвайки антитела, специфични за ACE2 рецепторите, свързани с багрило, те са определили броя и плътността на рецепторите в няколко линии клетки, стандартно използвани в изследванията с вируса.

Резултатите показват, че рецепторите са слабо разпространени, с плътност около един до два на всеки квадратен микрометър от повърхността на клетъчната мембрана, което се отнася към разстояние между тях от около 500 нанометра – около пет пъти повече от размера на вирусните частици. Това опровергава първата хипотеза, тъй като, щом се закачат за един рецептор, вирионите нямат възможност да стигнат до друг. Наред с това е установено, че ACE2 не образуват полимерни структури както при отсъствието на вириони, така и след свързване на спайкпротеина с тях. По този начин се отхвърля и втората хипотеза.

Комбинирани с откритието, че за инфекция е достатъчно свързването само на един спайкпротеин с един клетъчен рецептор, тези свойства на вируса най-вероятно са част от причините за високата му инфекциозност.

Авторите смятат, че все още няма пълно обяснение за процеса на инфекция със SARS-CoV-2, но се надяват, че откритията им ще помогнат за разработването на нови медикаменти. Във философски аспект резултат от изследването е, че показва колко динамичен процес е науката и колко трудно е да се постигне пълно разбиране, особено на биологични системи.

Наред с високата температура и болките в гърлото, загубата на обоняние и вкус бяха сред характерните черти на заболяването, причинено от първите варианти на вируса. Обикновено обонянието и вкусът се възстановяват след преминаване на по-тежките симптоми, но от ново изследване става ясно, че това може да не е така при немалък процент хора.

След обобщаване на данните от въпросници, попълнени от почти 30 000 възрастни през 2021 г. в САЩ, е установено, че около 60% от отговорилите са загубили обоняние и вкус. Една година по-късно около 24% от тях са имали само частично възстановяване на обонянието, а при 4% загубата е била трайна. Сходни са и данните за вкуса, съответно с 21% и 3%. Открита е и положителна корелация между това колко тежко протича заболяването, вероятността за загуба на обоняние и намаляването на шанса за възстановяването му.

Тъй като двата симптома са свързани, е възможно процентите да не са абсолютно точни поради некоректно съобщаване от анкетираните, но все пак данните са притеснителни. Въпреки че привидно не са сериозни, тези симптоми могат да имат силен ефект върху психическото здраве на пациентите. Не е изключено да доведат до загуба на апетит и тегло, което от своя страна да е причина за възникване на други проблеми.

Тъй като механизмът на загубата на обоняние не е изяснен, няма общоприети начини за терапия, които са клинично доказани. Един от обещаващите методи е трениране с аромати, при който пациентите трябва да подушват определени миризми по няколко пъти дневно. Най-често се използват аромати от различни групи, сред които роза, евкалипт, лимон и карамфил. Методът е много подходящ за прилагане в началото на терапията, защото не е инвазивен и изключително рядко може да доведе до странични реакции. За съжаление, не е универсален и невинаги дава резултат.

Друг експериментален подход е блокадата на ганглион стелатум (част от вегетативната нервна система и намиращ се в основата на врата) с помощта на локални анестетици. Досега процедурата е използвана с различен успех и при други заболявания – посттравматичен стрес, мигрени, невралгии. Нейното приложение е все още ограничено, тъй като ефективността ѝ не е напълно клинично доказана, има описани само отделни случаи и за момента липсва твърдо обяснение как може да повлияе на загубата на обонянието. Това повдига някои съмнения за въвеждането ѝ в рутинната практика поради липсата на клинични изпитвания в контролирани условия и на ясна връзка между терапията и начина ѝ на действие. Още повече, тъй като състоянието на пациентите може да се промени с времето и резултатите се оценяват от самите тях, установяването на ефективността е по-сложно.

Без значение какъв е видът на симптомите, с които се проявява, т.нар. дълъг ковид е факт. Освен преките последствия от него, той може да отключи и нови заболявания, често от неврологично или сърдечносъдово естество. Пациентите с такива симптоми или потенциал за появата им трябва да бъдат наблюдавани с повишено внимание и да получават по-тясно насочена медицинска помощ. Тепърва пред учени и лекари ще бъде поставена нелеката задача да помогнат на голям брой хора, които носят трайния отпечатък от вируса върху здравето си.

Заглавно изображение: Крокодиловата ледена риба е едно от малкото гръбначни с прозрачна кръв и живее в ледените води, заобикалящи Антарктида. Източник: Wikipedia

Научни новини: Котешки популации, сънят на гълъбите, иновации в трансплантациите и малко AI

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-koteshki-populacii-sunyat-na-gulubite/

Контрол на котешките популации

Научни новини: Котешки популации, сънят на гълъбите, иновации в трансплантациите и малко AI

Антимюлеровият хормон (АМХ) е важен компонент в развитието на ембрионите при хората. Отделянето му в мъжките зародиши спира развитието на мюлеровите канали в женската репродуктивна система. При мъжете той се отделя от тестисите и нивата му са високи от раждането до началото на пубертета.

При жените е обратно – преди пубертета нивата на хормона са ниски, след това се повишават и започват да спадат бавно до достигане на менопаузата. Отделянето му става в яйчниците, и по-точно от фоликулите, образуващи яйцеклетките. Именно поради това измерването на количеството му е един от най-добрите начини за определяне на яйчниковия резерв – колкото повече от хормона може да се засече, толкова повече фоликули (и съответно потенциални яйцеклетки) са на разположение.

Един от страничните ефекти на химиотерапията е преждевременното изчерпване на яйчниковия резерв – най-вероятно поради повишеното активиране на фоликулите. В проучване върху мишки от 2017 г. учени са проверили ефекта на АМХ при приложението на няколко вещества, използвани в антитуморната терапия.

Резултатите показват категорично, че при умерено увеличаване на нивата на хормона броят на запазените фоликули е значително по-висок (между 1,2 и 2,9 пъти в зависимост от медикамента) при мишките, получавали АМХ, поради по-бавното им развитие. При още по-високи нива на хормона фоликулите в яйчниците се потискат напълно, което на практика води до стерилност на опитните гризачи.

Това лежи в основата на текуща разработка, която с помощта на методите за генна терапия и използването на вирусни вектори може да намери потенциално приложение за намаляване на популациите на бездомните котки. С помощта на аденовирус, използван за вектор, в мускулната тъкан на животните е вмъкнат модифициран ген за котешкия вариант на АМХ. Методът работи сходно на ваксините за COVID-19, използващи аденовируси за вмъкване на спайкпротеините в човешкото тяло с цел обучаване на имунната система и създаване на имунитет – подход, считан за безопасен и приложим в медицината.

Котките са понесли процедурата без забележими странични ефекти върху здравето им и експресията на АМХ е била увеличена. При два последващи 4-месечни периода на съвместно съжителство с мъжки (8 и 20 месеца след третиране) нито една от тях не е забременяла, за разлика от трите контролни котки, включени в изследването.

Според данните концентрацията на АМХ е намаляла с времето, но това не се е отразило на крайния ефект от третирането. В двете години, в които животните са наблюдавани преди публикуването на статията, не е забелязан негативен ефект върху тях. Дори важни хормони като естрогена не са се повлияли от потискането на развитието на фоликулите.

Най-вероятно стопаните на домашни любимци ще продължат да разчитат на хирургичната намеса, защото, освен преките ефекти, кастрацията има и други ползи. Поради хормоналните промени котките спират да се разгонват с всички свързани с това промени в поведението, като силно мяукане, изнервеност и маркиране. Важни положителни последици са също удължаването на живота и намаляването на риска от развиване на рак на млечните жлези и други заболявания.

За уличните котки стратегията може да се окаже изключително успешна, защото дори ефективността на терапията да намалее с времето, с няколко вълни на третиране популацията им може да се намали значително. Това би имало много положителни ефекти както за самите котки, чийто живот не е лек и обикновено е няколко пъти по-кратък от този на домашните, така и за екосистемите.

Котките са изключително ефективни хищници, които нанасят големи щети върху популациите на птиците и малките бозайници. Това, комбинирано с някои зоонотични заболявания, които те пренасят, прави възможността за бърза и лесна кастрация на голям брой котки изключително интересна както за групите за хуманно отношение към животните, така и за държавните институции, отделящи немалки ресурси за справяне с този проблем.

Какво сънуват гълъбите

Сънят е изключително важен процес, който се среща при повечето животни. При хората се наблюдават два типа сън – REM (с бързо движение на очите) и NREM (без бързо движение на очите). По време на първия мозъчната активност е висока и тогава сънуваме най-ярките си сънища, докато при втория активността е намалена и гръбначномозъчната течност (ликвор) циркулира около мозъка – предполага се, че това помага за прочистването му от вредни протеинови отлагания, някои от които свързани с развитието на заболявания като алцхаймер.

С помощта на инфрачервени камери, които следят зениците на птиците, и функционален ЯМР, проследяващ активността на мозъка, немски екип е установил, че при птиците протичат много сходни процеси. По време на REM съня в мозъка на гълъбите, включени в експеримента, са се активирали участъците, отговорни за обработката на визуална информация, включително тази по време на полет. Наред с тях активност е установена и в зоните, приемащи усещането за допир от тялото и крилете. Същото се е случило и в амигдалата, за която се предполага, че както при хората регулира емоциите.

Всичко това кара учените да изкажат хипотезата, че гълъбите имат визуални сънища, в които летят и изпитват емоции. В нейна подкрепа е и наблюдаваното рязко свиване на зениците им, което е характерно и по време на ухажване или при проява на агресия.

Но повишената мозъчна активност по време на REM съня може да има и някои странични ефекти. Невронната плътност при птиците е по-висока, отколкото при бозайниците, поради което почистването на натрупванията по мозъка трябва да е по-често и ефективно, отколкото при бозайниците. По време на REM съня се увеличава притокът на кръв в мозъка, което води до по-интензивно движение на ликвора около него. Изследователите смятат, че в комбинация с по-кратките и по-чести фази на REM сън това най-вероятно помага за премахването на вредни протеини от мозъчните тъкани.

Сигурно видът и съдържанието на сънищата при птиците ще останат ненапълно установени. Но дори горната хипотеза да не се потвърди, изследването дава много информация за съня при нова група животни и помага да се направят паралели между съня при птиците и хората. Това би могло да въведе гълъбите като моделни системи за изследване на процеси, които поради етични или други съображения не могат да се наблюдават при хората.

Иновации в сърдечната трансплантация

Вземането на органи за трансплантация от трупен донор обикновено се извършва по два начина – след мозъчна смърт на донора или след спиране на кръвообращението му. Първият е по-често срещан, защото въпреки загубата на мозъчна функция физиологичните процеси в тялото се поддържат и органите се запазват жизнени и в естествено състояние до момента на трансплантация. При спиране на кръвообращението настъпват редица усложнения, тъй като органите и тъканите не получават кислород, вследствие на което започват да се увреждат и сравнително бързо стават негодни за трансплантиране.

Поради това броят на такива операции все още е сравнително малък въпреки общия недостиг на донори. С напредването на медицинските технологии броят на органите, които могат да се използват след спиране на кръвообращението, нараства и прогнозата за успешна трансплантация се увеличава, като процедурата вече се прилага за пациенти с нужда от бъбреци и черен дроб. Доскоро това беше изключително трудно при сърцето, поради което се вземаха органи от донори само след мозъчна смърт.

Възможност за увеличаване на броя на потенциалните донори предлага използването на машина, която поддържа циркулацията и електрическите импулси в експлантираното сърце, т.нар. сърце в кутия. Това е сравнително нова технология и все още се прилага в малко клиники – донякъде защото доскоро нямаше данни за състоянието на пациентите, преминали през трансплантация на такива органи.

След публикуването на изследване, включващо 180 души, разделени на две групи (едните, получили орган от донор в мозъчна смърт, a другите – от донор след спиране на кръвообращението му), вече е известно, че почти няма разлика в успеваемостта на процедурата 6 месеца след провеждането ѝ. При първия подход, който се смята за рутинен, процентът живи реципиенти е бил 90, а при втория – 94. Не е имало съществена разлика и в развитието на сериозни странични ефекти 30 дни след трансплантацията и при двата типа процедури. Според авторите на изследването данните са достатъчно убедителни за внедряване на подхода в повече болнични заведения.

Тази техника ще е полезна и при по-често срещани трансплантации след мозъчна смърт. Традиционната практика е след експлантиране на органа той да бъде поставен в лед за транспорт. Това дава на екипа около 4 часа да стигне до реципиента, което ограничава разстоянието за получаване на органа. Ако сърцето е поставено в машината, то може да бъде поддържано по-дълго време и съответно да пътува по-далеч. Наред с това лекарите имат възможност да проверят дали органът функционира нормално, или има увреждания, преди той да бъде имплантиран, което повишава шанса &