Tag Archives: микропластмаса

Научни новини: Храна за пчели, слънцезащита, биосензори и биоинженерна пластмаса

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-hrana-za-pcheli-sluntsezashtita-biosenzori-i-bioinzhenerna-plastmasa/

Лакомства за пчели

Научни новини: Храна за пчели, слънцезащита, биосензори и биоинженерна пластмаса

Пчелите са едни от ключовите работници в земеделието, чийто труд понякога се приема за даденост. В съвременните производства те са своеобразни наемници – кошерите им се местят близо до културите, които трябва да опрашат, и не е изключение това да става няколко пъти през сезона. Макар да се предполага, че те ще имат достатъчен достъп до цъфтящи растения, от които да си набавят прашец и нектар (т.нар. паша), с разрастващите се климатични промени и човешка дейност понякога цветният прашец се оказва недостатъчен. За справяне с проблема пчеларите рутинно използват подхранване с поленови заместители, но техният състав не е оптимален. Обикновено тези поленови заместители се приготвят от протеинов прах, захари и масла, в които не присъстват важни компоненти от диетата на пчелите.

Подобно на бозайниците, които не могат да синтезират някои витамини и аминокиселини и им се налага да ги приемат с храната си, пчелите са загубили способността да произвеждат стероли, ключово важни за протичането на редица процеси в клетките им. За да си ги набавят, работничките, които се грижат за пилото (съвкупността от яйца, ларви и какавиди), приемат стероли от събрания полен, след което ги концентрират и отделят чрез специализирани жлези в устите си.

Този естествен процес вдъхновява учените за нова разработка, която обещава пълноценна храна за пчелите, помагайки им да запазят висока жизненост на колонията. След като анализират стеролното съдържание на пчелите, изследователи от Оксфорд определят, че най-важни за тези насекоми са шест стерола, като единият от тях (24-MC) съставя 60–70% от общото съдържание на стероли в какавидите. Донякъде очаквано, съотношението между шестте е различно при какавидите на различните видове пчели, което се връзва с познатия ефект от диетата върху развитието на пчелните ларви – в зависимост от приеманата храна ларвите се превръщат в работнички или в пчели майки.

Прицелвайки се в тези шест вещества, екипът се захваща с техния биологичен синтез, избирайки вид дрожди, които натрупват много липиди. Тъй като в естественото си състояние дрождите не синтезират 24-MC, се налагат няколко промени в метаболизма им – премахват се два гена, за да се натрупа прекурсор на желания стерол, и се вмъкват два други гена, кодиращи ензими, които превръщат прекурсора в 24-MC. След като създават този щам на дрождите, учените го модифицират допълнително така, че да натрупва и другите пет стерола. Източниците на гените са най-различни – картоф, киноа, зелени водорасли.

След култивиране на дрождите в биореактори получената биомаса се изсушава, стрива се и се влага в специална храна за пчелите. Резултатите от изпитването ѝ са впечатляващи – колониите, подхранени с нея, отглеждат до 10–15 пъти повече ларви към края на сезона, а продуктивният сезон е по-дълъг. Тъй като изследването е проведено в специални кошери и в контролирани условия, предстоят по-обширни полски изследвания, които да определят дългосрочните ефекти от храната върху здравето на колониите.

Освен по-добрия хранителен ефект, потенциална полза от тази разработка е, че така може да се намали конкуренцията на комерсиално отглежданите пчели с дивите видове. Проучване в Южна Калифорния показва, че медоносните пчели могат да извлекат около 80% от полена в района на пашата си, лишавайки местните видове от важен ресурс. Според авторите медоносните пчели съставляват над 98% от пчелната биомаса в изследваната екосистема, което донякъде се дължи и на по-големия им размер. Но ако хранителните ресурси станат достъпни за местните пчели, техните популации биха се увеличили над 50 пъти.

Този подход може да се приложи и при други видове, например при земните пчели, които са често срещан опрашител в оранжериите. Възможно е и създаване на храни, които да помогнат именно на местните видове да се справят с промените в своите хабитати.

Природна слънцезащита

Макар човешкото тяло да има нужда от слънчева светлина (например за синтез на витамин D), не се препоръчва по-продължително излагане на слънце без някаква защита. Потенциалната вреда се дължи на лъчите в ултравиолетовия спектър (UVA и UVB), които имат голям ефект върху кожата ни. UVA проникват по-дълбоко в нея, причинявайки преждевременното ѝ състаряване и набръчкване. Макар и с по-плитко проникване, UVB имат по-висока енергия и са много по-вредни, тъй като могат да разкъсват веригите на ДНК, което е предпоставка за възникване на мутации, а оттам и на ракови заболявания.

Това налага използването на слънцезащитни препарати, особено когато ще стоим дълго на слънце. През годините са използвани най-различни вещества, но към момента само две от тях са безопасни според Агенцията за контрол на храните и лекарствата на САЩ – цинковият оксид и титаниевият диоксид. Други (оксибензон, октиноксат) се приемат през кожата и могат да нарушат хормоналния баланс, което води до тяхната забрана – оксибензонът е забранен за употреба в Европейския съюз от края на 2023 г. Освен за хората, някои съставки в слънцезащитните кремове са токсични и за морските обитатели – изключително неприятен факт, като се има предвид, че около 25% от слънцезащитата се отмива след 20-минутен престой във водата.

Тъй като защитата от ултравиолетовото лъчение е важна, много организми са развили свои механизми за справяне с неговите вредни ефекти. Пример е спорополенинът – биополимер, който обвива цветния прашец. Спорополенинът е изключително стабилен и здрав заради разнородния си състав, включващ и фенолни съединения, които могат да абсорбират ултравиолетовата светлина.

Тази характеристика на поленовата обвивка се използва в нова разработка на слънцезащитен продукт, който може да се употребява като традиционните препарати, предлагани в момента. За приготвянето му учените изпробват два варианта – прашец от чаен храст и от слънчоглед. Този прашец след двустъпкова обработка образува микрогел. След като с помощта на инвитро отгледани кожни клетки се установява, че е безвреден, се стига и до прякото му изпробване върху лабораторни мишки, изложени на ултравиолетова светлина.

Резултатите от експериментите са обещаващи – кожата на третираните мишки е защитена от вредното влияние на светлината. Това се потвърждава и от ниските нива на експресия на гени, които обикновено се активират при повреди, причинени от слънчево изгаряне. Накратко: защитният ефект на микрогела с прашец от чай е сходен с ефекта от комерсиално предлаган препарат, в чийто състав има редица съставки, които попиват в кожата и могат да причинят промени в хормоналния баланс. Средното ниво на защита се равнява на SPF 27 и това го прави подходящ за ежедневна употреба в слънчево време.

Наред с този добър резултат екипът отбелязва още две важни открития. В сравнение с традиционния слънцезащитен продукт микрогелът поглъща по-малко светлина от видимата и инфрачервената част от спектъра. Това води до значително по-бавно затопляне на кожата и съответно иновативният гел е по-приятен за използване. Другият ефект, значително по-важен, е върху морските обитатели. При отглеждане на корали във вода, в която има комерсиално предлаган продукт, който би трябвало да е безопасен за тях, те се избелват за две седмици. За сравнение, микрогелът от чаен прашец е безвреден дори след два месеца.

Това е пример, че освен питателен ресурс за пчелите, поленът може да бъде суровина и за човека. С оглед на ограничения достъп на опрашителите до полен е трудно да се прецени какво би означавало масовото производство на такъв слънцезащитен продукт за екологичния баланс. От една страна, с него би се намалил доказаният вреден ефект от сегашните продукти за слънцезащита върху морските организми. От друга страна, достъпната храна за пчелите би намаляла, което ще се отрази върху техните популации. Въпросът доколко етично е индустриалното събиране на полен, остава без категоричен отговор. А към момента изкуственият синтез на спорополенин все още изглежда далеч, защото съставът му е неясен и не се знае какъв е точният биосинтетичен път в растенията.

Въпреки това подобни разработки дават надежда, че природата може да ни вдъхнови за създаването на по-щадящи продукти, които в даден момент да станат приложими и да помогнат за опазването ѝ.

Биологични сензори

Микропластмасите са един от по-новите замърсители и ефектът от тях все още не е напълно изяснен, но присъствието им вече е повсеместно – от мозъците ни до далечни ледници. Въпреки широкото им разпространение те са изключително трудни за откриване поради малкия си размер. Към момента при най-често прилаганите методи са нужни дълга пробоподготовка и високотехнологична апаратура, като микроскопи и спектроскопи, поради което процесът е скъп и времеемък.

Възможно решение за по-лесното засичане на микропластмаси е използването на биосензори. Това са системи, които откриват различни вещества чрез биологични процеси. Биологичната част в тях може да е най-различна – от сравнително прости вещества, през по-сложни биомолекули, до цели клетъчни структури. Някои биосензори са вече добре наложени – например антигенните тестове, които придобиха масова популярност след появата на COVID-19. Продължение на този похват е използването на цели организми. Най-често това са бактерии заради малкия им размер, простата им биология и лесното им отглеждане. За разлика от технологиите, в които се използват отделни молекули, тук вече има достъп до целия биологичен апарат на организмите и до всички биохимични процеси, протичащи в тях.

Пример за това е нов генноредактиран щам бактерии, който може да бъде използван за засичане на микропластмаса във води. В бактериите е направена минимална намеса чрез вмъкване на две нови за тях ДНК последователности. Едната е свързана с клетъчната стена на бактериите и е отговорна за засичането на парченцата пластмаса. При контакт с тях тя активира другата ДНК последователност и така започва синтез на зелен флуоресциращ протеин (GFP), който често се използва за визуализация на процеси в клетките.

Първоначално бактериите са изпитани в лабораторни условия върху най-различни видове субстрат. Ако се поставят в епруветки с пясък или стъкло, те не флуоресцират, но ако бъдат изложени на различни видове пластмаса, в рамките на три часа в тях се натрупва GFP, който може да бъде отчетен. За симулация на употребата му в реални условия биосензорът е изпробван с морска вода, която, очаквано, е замърсена с микропластмаси. Интересното е, че след анализа ѝ с помощта на микроспектроскопия се оказва, че замърсяванията са основно от биоразградими пластмаси, върху каквито към момента бактериите не са изпитвани, което показва по-широко действие от предвиденото. Допълнително предимство на системата е, че тя може да се използва за установяване не само на наличието на пластмасови частици, но и на тяхната концентрация, тъй като интензитетът на светлината е правопропорционален на количеството им.

Биосензорът обещава бърз и икономичен метод за количествено определяне на широк набор микропластмаси и подобно на бързите антигенни тестове за COVID-19 има потенциал да предостави възможност за по-интензивно изпитване на различни водоизточници. Това ще помогне за откриване на особено замърсени места, както и за проследяване на източниците на замърсяване.

Биоинженерна пластмаса

Несъмнено замърсяването с пластмаса е сериозен екологичен проблем, който допълнително се разраства от производството на подобни материали, разчитащо на петролни суровини. За съжаление, пластмасите са неразривно свързани със съвременното ни ежедневие и редица продукти не биха били възможни без тях. Поради това търсенето на екологични алтернативи е изключително активно, като особено се ценят биоразградимите пластмаси, за чието производство се използват биологични суровини.

Пример за такава суровина е PDCA (пиридинкарбоксилна киселина) – мономер, който може да се използва за изработката на пластмаса, сходна на PET – материала, познат ни от бутилките за минерална вода. В зависимост от „рецептата“ за приготвяне на полимера, свойствата му могат да се адаптират спрямо конкретното му приложение, като някои варианти дори имат по-висока якост от традиционните пластмаси. Уви, химическият синтез на PDCA е сложен – към момента няма процес със задоволителен добив.

Добри новини идват от Япония, където екип от Университета в Кобе е разработил нов метод за производство на мономера чрез прецизна ферментация. Учените използват добре познатата бактерия E. coli като малка химическа фабрика, в която вмъкват два биосинтетични пътя. Така бактериите придобиват способността да преобразуват глюкозата от хранителната си среда в PDCA. Това не е първото биоинженерно производство на тази суровина – основите са положени преди 10 години, но новата разработка значително подобрява добива.

След установяването на работеща процедура в лабораторни условия екипът насочва усилията си към оптимизацията на процеса за по-мащабно производство. Потенциален проблем е нуждата от добавяне на вещества в хранителната среда, които спират натрупването на водороден пероксид в бактериите. Той е токсичен за тях, но се образува като вторичен продукт на един от новите гени. Учените вече имат идеи как могат да се справят с него – чрез по-прецизна регулация на този ген или чрез подмяната му със сходен, при който не се отделя толкова пероксид.

Използването на растителни отпадъци като суровина за биологично производство на биоразградими пластмаси звучи изключително футуристично, но подобни разработки показват, че сме изключително близко до това. Освен че са по-щадящи за природата, тези суровини са и по-икономични. Наред с това те дават възможност за създаване на полимери, които имат по-добри свойства от използваните в момента. Биоинженерството и прецизните ферментации могат да се окажат в авангарда не само на производството на хранителни продукти и лекарства, но и на подобни иновативни материали.


Веднъж месечно Михаил Ангелов – биолог, агроном и любим нърд от нашия екип, ни представя най-интересните скорошни новини от различни сфери на науката и обяснява защо тези постижения са толкова значими за света и човечеството. Или най-малкото – любопитни и забавни.

Пластмасов живот. Микропластмасата в нашите тела

Post Syndicated from original https://www.toest.bg/plastmasov-zhivot-mikroplastmasata-v-nashite-tela/

Пластмасов живот. Микропластмасата в нашите тела

Пластмасата представлява верига от молекули (полимер), която се получава при свързването на малки молекули (мономери), извлечени от петрол или газ. Макропластмасата са големи (над 20 мм) пластмасови отпадъци (например пластмасовите бутилки). Мезопластмасата представлява големи пластмасови частици, които се получават от пелети от необработена пластмаса (без съдържание на рециклирани материали) и обикновено са с размер между 5 и 10 мм.

Микропластмасата са малки частици (под 5 мм), получени при разграждането на макропластмасата. Микроперлите, които също са вид микропластмаса, са малки гранули, част от състава на продуктите за лична хигиена, като паста за зъби и гелове за почистване (ексфолианти/скраб). От прането също се получава микропластмаса, когато синтетичните дрехи отделят малки нишки (микровлакна). Нанопластмасата представлява малки частици от микропластмаса с размер от 0,2 до 2 мм.

Какво точно е микропластмаса?

Микропластмасата е смятана за замърсител на околната среда, защото пластмасата се разгражда между 20 и 500 години в зависимост от състава си и се открива в огромни количества в морската среда. Пластмасовите частици се категоризират като първична и вторична микропластмаса. Първичната се произвежда в сурова форма за целите на пластмасовата индустрия. Тя е под формата на пелети или се преработва, за да се добави към фармацевтични и козметични продукти (микроперли). Първичната микропластмаса се използва и като абразивен компонент за почистване на промишлени машини с въздух под налягане.

Вторичната микропластмаса е резултат от разграждането на по-големи продукти. Отпадъците на плажа допринасят за получаването на микропластмасата, тъй като по-големи пластмасови части се разграждат под влиянието на слънцето и морските вълни. Микровлакната от дрехите попадат в отпадъчната вода и достигат до океана, ако не успеят да се филтрират.

Типовете микропластмаса са: полипропилен (PP), полиетилен (PE), полиетилентерефталат (PET), поливинилхлорид (PVC), полиметилметакрилат (PMMA), полиетилен с висока плътност (HDPE), полиетилен с ниска плътност (LDPE), поливинилацетат (PVA).

Микропластмасата е навсякъде?!

Още преди 20 години учените започват да разсъждават какви са потенциалните рискове, които микропластмасата крие. Първоначално фокусът на изследванията е насочен предимно към рисковете за морския живот. Оттогава е установено, че микропластмаса се открива не само в дълбокия океан, но и в aрктическия сняг и aнтарктическия лед, в миди, трапезна сол, във водата за пиене и бирата. Микропластмасата циркулира и във въздуха или пада заедно с дъжда над планините и градовете. През 2015 г. океанографите установяват, че микропластмасовите частици на повърхността на водните източници по целия свят са между 15 и 51 трилиона.

През 2017 г. австралийски учени съобщават, че зоопланктон, който е изложен на замърсяване с микровлакна, произвежда наполовина по-малко ларви, а възрастните са значително по-малки по размер. Микровлакната не са били погълнати от зоопланктона, но учените са установили, че те възпрепятстват плуването му и водят до деформации. В друго изследване от 2019 г. става ясно, че възрастни индивиди от тихоокеански вид раци (Emerita analoga), които са изложени на замърсяване с микровлакна, живеят по-кратко.

Един от най-сериозните проблеми за океанския свят е натрупаната в седимента микропластмаса, която няма как да се почисти, тъй като не изплува на повърхността. Тези места са известни като „горещи точки“, където нивата на замърсяване са по-сериозни и крият рискове за здравето на рибите и останалите морски обитатели.

Опасности за човешкото здраве

Доказателство, че сме изложени на замърсяване с микропластмаса, откриваме в изследване, установило наличието на микропластмаса в човешки проби от фецес. Микропластмаса се открива и в проби от слюнка на пациенти с различни белодробни заболявания. Тя е установена и в белите дробове на хора, които работят в текстилната индустрия, като съществува връзка с редица респираторни и белодробни заболявания.

Поради етични ограничения, стриктните правила за работа с човешки проби и ограничения брой лабораторни техники изследванията върху влиянието на микро- и нанопластмасата върху човешкото здраве са трудноизпълними. Поради тази причина учените работят с in vitro модели – клетъчни линии с човешки произход. Посредством такива изследвания е установено, че нанопластмасата може да бъде погълната от нашите клетки чрез различни механизми в зависимост от вида на клетката, големината и химичната структура на частиците.

Най-силно изложен на микро- и нанопластмаса е гастроинтестиналният тракт. In vitro изследване с използването на клетки от чревен епител сочи, че в рамките на 4 часа при част от клетките настъпва т.нар. апоптоза (програмирана клетъчна смърт). В in vitro изследване на Ву и сътрудници от 2020 г. е установено че микропластмасата възпрепятства размножаването на клетките от клетъчната линия Caco-2, съставена от клетки от чревния епител. Но доста фактори не могат да се вземат предвид – pH в червата, наличието на йони, органични вещества и ензими. Освен това изследваният полистирен e модифициран и не е известно да има същите ефекти в немодифицирано състояние.

Редица in vitro изследвания са насочени и към влиянието на микро- и нанопластмасата върху белодробните клетки, клетките на имунната система, нервните клетки, червените кръвни клетки. Въпреки установените клетъчни отговори към пластмасовите частици и цитотоксичността, която предизвикват, тези проучвания са противоречиви, тъй като не могат напълно да пресъздадат всички условия на реалната среда, а именно човешкото тяло.

Други фактори, от които зависят резултатите от тези изследвания, са концентрацията, големината и химичната структура на повърхността на пластмасовите частици. В in vitro условия токсичността на микро- и нанопластмасата се изразява в нарушение на структурата на клетъчната мембрана, предизвикване на оксидативен стрес (излагане на увеличено количество свободни радикали), индуциране на възпалителни процеси, генотоксичност (повреда на ДНК), апоптоза и автофагия (поглъщане на увредени органели, грешно нагънати белтъци и други клетъчни структури, наречени автофагозоми), нарушения в енергийната хомеостаза и метаболитни нарушения на клетките.

Въпреки всички известни до момента данни непосредствен риск за човешкото здраве не е установен, но това не значи, че такъв липсва. В световен мащаб хроничните заболявания са отговорни за 71% от смъртността. Хроничното възпаление е предпоставка за развитието на хронични болести, като диабет, сърдечносъдови и респираторни заболявания, а оказва се, микропластмасата във въздуха („пластмасов прах“) може да доведе до възпаление.

Замърсяването с микропластмаса и как се справяме с него

Засега не се справяме особено. Но ограничаването на производството на пластмаса е първата предприета стъпка. Научните изследвания върху влиянието на пластмасата при голям брой живи организми продължават. Кампаниите за рециклиране и правилно изхвърляне на битовите отпадъци не спират.

Интегрираната система за управление на отпадъците, известна като „четирите R“ (reduce, reuse, recycle, recover – намаляване, повторно използване, рециклиране и възстановяване), предлага списък с 10 препоръки към страните, които биха искали да намалят замърсяването с пластмаса:

(1) регулиране на производството и потреблението на пластмаса;
(2) екодизайн;
(3) увеличаване на търсенето на рециклирана пластмаса;
(4) намаляване на употребата на пластмаси;
(5) използване на възобновяема енергия за рециклиране;
(6) увеличена отговорност на производителя по отношение на отпадъците;
(7) подобрения в системите за събиране на отпадъци;
(8) приоритизиране на рециклирането;
(9) използване на биоразградими пластмаси;
(10) подобряване на рециклируемостта на отпадъците от електроника.

Какво лично всеки от нас може да предприеме, за да намали всекидневното излагане на микропластмасово замърсяване? На първо място, се препоръчва да проветряваме редовно помещенията, в които се намираме. Заедно с това е необходимо да почистваме редовно с прахосмукачка и да пречистваме въздуха. По този начин се отстранява прахта, която често съдържа микропластмаса. Добре е да избягваме козметични продукти, съдържащи микроперли, както и дрехи от синтетични материали (акрил и полиестер). Загряването на пластмасови кутии за храна в микровълнова фурна също не е препоръчително, както и излагането на пластмасови бутилки с вода на слънчевите лъчи.

Най-трудната стъпка за разрешаване на този проблем е човечеството да започне да разчита по-малко на пластмасата и по възможност да я замени с алтернативни и по-здравословни продукти.

Заглавно изображение: Микропластмаса в петриева паничка. Източник: sciencedirect.com

Научни новини: Микро- и нанопластмаси и еволюция на вирусите

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-mikro-i-nanoplastmasi-i-evolyutsiya-na-virusite/

Микро- и нанопластмаси

Научни новини: Микро- и нанопластмаси и еволюция на вирусите

Пластмасите са революционен материал, който много бързо след изобретяването му навлиза във всички области на живота и променя цели индустрии. В повечето случаи пластмасите са синтетични полимери, произвеждани от нефт (за някои вече се използват растителни суровини, например царевица), но тази зависимост не е най-големият проблем с тях. Комбинацията между широкото им разпространение, производството на големи обеми изделия за еднократна употреба и невъзможността да се разграждат в природата води до редица екологични предизвикателства.

Oсвен прякото замърсяване на природата с пластмаси има и друга уловка – при употребата им се получават микро- и нанопластмасови частици (МНП), които са с размер съответно под 5 мм и 1 µм. Част от тях се произвеждат за най-различни цели (ексфолианти в козметиката, за индустриални нужди), но друг източник е всекидневната употреба на пластмасови продукти. МНП се отделят при прането на синтетични дрехи, от пластмасовите съдове и прибори, от гумите на колите – почти няма дейност, свързана с употребата на пластмаса, която да не генерира известно количество от тях.

Вследствие на това те могат да бъдат открити навсякъде в околната среда – във въздуха, в естествени и изкуствени водни басейни, в почвата, откъдето попадат и в хранителните вериги на всички обитатели на екосистемите дори и в най-отдалечените места.

МНП са открити във водорасли, растящи под леда в протока Фрам, намиращ се между Гренландия и Свалбард в Северния ледовит океан. Видът Melosira arctica образува дълги нишки със слузеста покривка, която има способността да улавя частиците около себе си – от въздуха, водата и леда. Водораслите нарастват бързо през пролетта и лятото, след което клетките, изграждащи нишките, започват да отмират. След стопяването на ледените късове, върху които са прикрепени, водораслите се оплитат и образуват агрегати, които бързо потъват в дълбочините, носейки пластмасовите частици със себе си. Това обяснява откриването на МНП дори на дълбочина от няколко хиляди метра.

Веднъж попаднали там, те преминават в хранителната верига – от различни видове зоопланктон, които служат за храна на арктическата треска, която от своя страна е жертва на различни водни птици и тюлени, които пък са част от менюто на полярните мечки.

От околната среда – чрез храната, – както и от продуктите, които използваме, МНП попадат и в нашите тела. Според една публикация всяка седмица поглъщаме по 5 г пластмаса, което грубо се равнява на една банкова карта. Ето защо зачестяват съобщенията за откриването им в различни човешки органи и индикациите, че това може да доведе до редица заболявания, стават притеснителни.

До сравнително скоро главният фокус беше върху химическите добавки в пластмасите, използвани за промяна на свойствата им, като бисфенол A (BPA), който има потенциал да наруши ендокринната система и действа сходно на естрогена. Въпреки че тези ефекти са слаби, поради широката му употреба хората са постоянно изложени на него, което води до редица регулации за приложението му в продукти за хранителната промишленост. Например в Европейския съюз той е включен в списъка на веществата, пораждащи сериозно безпокойство.

Може да се окаже обаче, че някои пластмаси имат такива свойства и без в тях да са вложени допълнителни вещества. За да определят ефекта от вдишването им, учени са изложили разгонени женски плъхове на аерозолен поток от полиамидни наночастици в концентрация, сходна с тази, на която сме изложени във всекидневието си. При вдишването им частиците би трябвало да покрият всички части на белите дробове, но това не е довело до възпалителни процеси в тях. Наблюдаваните промени са повишено кръвно налягане и стесняване на кръвоносните съдове в матката, без изменения в аортата.

Но най-интересно е, че макар качеството на използваната пластмаса да е било подходящо за хранителната индустрия и да са липсвали добавки, са отчетени понижени нива на естрадиол, който е един от основните женски хормони и има роля в регулирането на менструалния цикъл и развитието на гърдите. Това означава, че самите наночастици нарушават функциите на ендокринната система. Склонността на полиамида да се свързва с вещества, сходни с естрогена, вече е известна, но за първи път изследване показва директното му влияние in vivo след приемане по начин, който можем да срещнем всеки ден.

Освен че влияят върху хормоните, МНП могат да достигнат и най-различни органи, например мозъка. Скорошно изследване показва, че полистиреновите наночастици имат способността да преминат кръвно-мозъчната бариера. Полистиренът е полимер, който се използва изключително често в хранителната индустрия за еднократни опаковки, като кутии за бързо хранене и чаши (пример е експандираният полистирен – бялата „пухкава“ пластмаса, сходна със стиропора).

Използвайки компютърен модел с няколко различни условия, учените са проследили възможността за преминаване през липидна мембрана, сходна с тази, предпазваща мозъка. Контролното условие е с обикновени наночастици, а другите – с различна покривка, която се състои от холестерол или протеини, създаващи т.нар. биомолекулна корона – ефект, използван за доставяне на лекарства под формата на наночастици. Моделът е показал, че протеиновата корона възпрепятства частиците да преминат към нервната тъкан, докато холестеролната ги улеснява. Симулацията е потвърдена и in vivo в мишки, при които е установено, че частиците успешно са преминали в мозъка им само два часа след като са ги приели с храната си.

Преминаването на тази бариера е притеснително, защото тя има изключително важна защитна функция – предпазва мозъка от патогени и вредни вещества, които могат да циркулират в кръвообращението. Според учените навлизането на частиците в мозъка може да доведе до по-чести възпалителни процеси, които да са причина за развитие на тумори и невродегенеративни заболявания като алцхаймер и паркинсон.

Решение за въпроса с МНП все още няма, но по него се работи активно. Ограничаването на използваните пластмасови продукти е част от стратегията, но предвид масовостта и икономическите им предимства ще трябва да се разработят и системи за намаляването, улавянето и преработването.

Еволюция на вирусите

Повече от 100 години учените не могат да решат дали да класифицират вирусите като живи организми, но е неоспоримо, че те са ключов фактор в еволюцията и развитието на биосистемите и успешно използват всички познати организми като свои гостоприемници – бактерии, гъби, растения и животни, дори и други вируси. Това е благодарение на тяхната изключително разнообразна форма, структура и генетичен материал.

Двойноверижните ДНК (ДвДНК) вируси се класифицират в две основни групи – Varidnaviria (които са сравнително големи) и Duplodnaviria (които са по-малки). Първата е доста разнообразна и голяма част от вирусите в нея се намират в соленоводните басейни, но тя включва и причинителите на редица важни заболявания, като едра шарка, африканска чума по свинете и др. Малките вируси от своя страна са поели по два пътя – едните (Caudoviricetes) специализират по прокариотни организми и имат характерната за бактериофагите структура, докато другите са предпочели животните – това е групата на добре познатите херпес вируси (Herpesvirales). Това разделяне представлява интерес за учените, защото няма ясна следа откъде са произлезли херпес вирусите и каква е родствената връзка между големите и малките ДвДНК вируси.

Потенциално свързващо звено е открито в публичния набор данни от проекта Tara Oceans, целящ обследването на планктона в слоевете на океаните, в които достига слънчева светлина. При анализ на около 1000 метагенома и метатранскриптома (сборна информация за всички гени и информационни РНКи в една проба, най-често от различни индивиди/видове) за общи гени и протеини между отделните групи е установено съществуването на непознати до момента вируси, наречени mirusvirus (от лат. mirus – ’странно, неочаквано’). Техни гостоприемници са някои видове планктон и макар да са новооткрити, изглежда, че са сред широко разпространените групи вируси в океаните. Освен това данните сочат, че след като инфектират планктона, те са много активни в него, което показва потенциала им да регулират неговите популации. Така с потъването на мъртвите клетки се подхранват други екологични системи.

Геномът на тези вируси е сложен, съставен от части с различен произход. Повечето от гените им, наред с функционално важните за репликация и транскрипция на ДНК, са близки до тези на големите вируси. Но гените, отговарящи за образуването на капсида им (обвивката, която ги предпазва от околната среда и им помага да навлязат в гостоприемника) и служещи за таксономично определяне, показват връзка с групата на херпес вирусите. Според учените най-вероятно те са се появили от общ предшественик след процес, наречен редуктивна еволюция, при който части от генома на организмите отпадат.

Благодарение на екип от Оксфорд вече знаем повече и за произхода на вирусите от Bamfordvirae, част от групата Varidnaviria. Те са доста разнообразни и включват няколко основни вида, като NCLDV (най-големите вируси, открити до момента), аденовирусите (причиняващи настинки), вирофагите (вируси, паразитиращи по вируси), както и полинтоните – мобилни генетични елементи, които могат да се интегрират в генома на гостоприемника си.

До момента има две основни хипотези за появата им. Според първата – „отделяне от ядрото“ – предшествениците са били полинтони, които са се отделили от генома на по-сложни видове и са започнали да се разпространяват, паразитирайки, като с времето се обвиват в капсид, давайки начало на аденовирусите и NCLDV. При другата – „вирофаген произход“ – се предполага, че NCLDV са еволюирали заедно с вирофагите, от които с течение на времето са се отделили полинтоните и аденовирусите.

Използвайки статистически и филогенетични методи, учените са разгледали четири от най-важните гени, които се срещат във всички тези вируси и отговарят за оформянето на техния капсид. Получените резултати показват липса на пряка връзка между аденовирусите и NCLDV, което опровергава първата хипотеза. Според данните аденовирусите и полинтоните имат общ предшественик, който не е свързан с NCLDV. Подкрепата за втората хипотеза не е пълна, защото този предшественик не е бил вирофаг, но това не я отрича изцяло, така че авторите я приемат като най-вероятно обяснение за еволюционните процеси.

Според тях вирофагите са еволюирали наред с NCLDV, като са се специализирали да ги заразяват. Най-вероятно общият предшественик за цялата група е бил активен поне преди около един милиард години, обменяйки генетична информация с последния общ предшественик на еукариотните клетки (LECA). Това показва тясната връзка на вирусите с еволюцията на по-висшите организми и повдига въпроса дали те нямат принос за тези процеси.

Освен в миналото, вирусите ще са ключов участник и в бъдещето на екологичните процеси, протичащи на фона на глобалните климатични промени. Основен участник в глобалните цикли на въглерод и хранителни вещества са микроорганизмите, които ги синтезират, разграждат и трансформират от един вид в друг. Динамиката на тези процеси зависи от температурата и някои промени в тях са вече известни – ускоряване на отделянето на въглероден диоксид, преразпределяне във видовия състав.

Предвид важната връзка между вирусите и микроорганизмите, едно от притесненията на учените е, че не знаем как промените в климата ще се отразят на техните взаимодействия. Събраните в обзорна статия данни сочат, че с повишаване на температурата латентният период (от заразяване до отделяне на нови вирусни частици) се скъсява, броят на отделените вириони се увеличава, увеличава се и смъртността на гостоприемниците. Това би довело до сериозни промени в хранителните мрежи в микробиалните системи, но за съжаление, в момента има повече въпроси, отколкото отговори какви ще бъдат те.

Авторите предлагат торфените блата като моделна система, в която да се проучат по-добре както взаимодействията между вирусите и микроорганизмите, така и влиянието на температурата върху тях. Самите процеси в тези блата са сравнително добре изследвани, а вече започват да се появяват и публикации за ролята на вирусите в тях. Според опростен модел, описан в статията, може да се очаква, че с повишаването на температурата вирусите всъщност биха имали благоприятно влияние, тъй като ще увеличат значително количеството органичен въглерод, който след това ще премине в нещо като хранилище под формата на торф.

Освен ясно видимите промени, които вирусите могат да донесат за хората (най-ярък е пандемията, от която още не сме се възстановили), те може да се окажат ключов участник и в по-бавните и „невидими“ процеси, протичащи в екосистеми, на които не се обръща толкова внимание или пък е трудно да се изследват, като океаните и почвите. Вникването в еволюционните процеси в тези интересни видове, намиращи се на ръба между живото и неживото, ще ни помогне да се подготвим за промените в климата, които ни очакват.