Найден способ увидеть колебания молекул
Шесть лет назад Нобелевская премия по химии была присуждена трем ученым, которые нашли способ визуализировать пути отдельных молекул внутри живых клеток.
Исследователи из Университета Рочестера и Института Френеля во Франции нашли способ визуализировать эти молекулы еще более подробно, показывая их положение и ориентацию в 3D, и даже то, как они качаются и колеблются.
Это может пролить бесценную информацию о вовлеченных биологических процессах, например, когда клетка и белки, регулирующие ее функции, реагируют на вирус COVID-19.«Когда белок меняет форму, он обнажает другие атомы. которые усиливают биологический процесс, поэтому изменение формы белка оказывает огромное влияние на другие процессы внутри клетки», — говорит Софи Брасселет, директор Института Френеля, сотрудничавшая с профессорами Мигелем Алонсо и Томасом Брауном из Института оптики в Рочестере. Один из способов отслеживать это изменение формы — это посмотреть на ориентацию флуоресцентных молекул, прикрепленных к интересующему белку.
Технология «Координатно-высотная визуализация сверхвысокого разрешения с дизерингом и ориентацией (CHIDO) была разработана и построена соавторами Валентиной Курсио, аспирантом из группы Брасселе, и Луисом А. Алеман-Кастанедой, аспирантом из группы Алонсо. CHIDO включает стеклянную пластину, подвергающуюся равномерному напряжению по всей своей периферии. Помещенная в плоскости Фурье позади флуоресцентного микроскопа, пластина преобразует изображение отдельной молекулы в искаженное фокусное пятно, форма которого напрямую кодирует трехмерную информацию.
С научной точки зрения, фазовая пластинка с пространственно изменяющимся двулучепреломлением имеет распределение двулучепреломления с тригональной симметрией. Фактически, он может создавать лучи со всеми возможными состояниями поляризации.
«Это одна из прелестей оптики», — говорит Браун. «Если у вас есть устройство, которое может создавать практически любое состояние поляризации, то у вас также есть устройство, которое может анализировать практически любое возможное состояние поляризации».
´ß
Новый метод в борьбе с ВИЧ
Ученые из Scripps Research и Лос-Аламосской национальной лаборатории разработали метод картирование с беспрецедентной детализацией зарослей скользких молекул сахара, которые помогают защитить иммунную систему от ВИЧ.
«Гликановый экран» Env ВИЧ-1 маскирует поверхность белка от иммунного распознавания, однако внутренняя гетерогенность не поддается типичному описанию структуры и функции. Используя комплексный подход крио-ЭМ, компьютерного моделирования и масс-спектрометрии, возможно визуализировать структуру гликанового экрана в новом свете. Этот подход облегчит разработку методов крио-ЭМ анализа и позволит проверить модели на эксперименте. Об этом ученые сообщают в своем исследовании.
Картирование этих экранов даст исследователям более полное представление о том, почему антитела реагируют на одни пятна на вирусе, но не на другие.
Молекулы сахара, или «гликаны», рыхлые и вязкие и действуют как щиты. Они образуются на самых внешних шиповых белках ВИЧ и многих других вирусах, включая SARS-CoV-2, коронавирус, вызывающий COVID-19, потому что эти вирусы эволюционировали на своих шиповых белках, где молекулы гликанов — обычно в большом количестве.
«Теперь у нас есть способ зафиксировать полную структуру этих постоянно меняющихся гликановых щитов, которые в значительной степени определяют, где антитела могут и не могут связываться с вирусом, таким как ВИЧ «, — говорит ведущий автор исследования Захари Берндсен, доктор философии, научный сотрудник лаборатории структурной биологии профессора Скриппса Эндрю Уорда, доктора философии.
Исследователи объединили метод визуализации в атомном масштабе, называемый криоэлектронной микроскопией (крио-ЭМ), со сложным компьютерным моделированием и техникой идентификации молекул, называемой масс-спектрометрией с конкретным участком. Крио-ЭМ полагается на усреднение десятков или сотен тысяч отдельных снимков для создания четкого изображения, поэтому очень гибкие молекулы, такие, как гликаны, будут отображаться только в виде размытия, если они вообще появятся.
Команда ожидает, что их новый метод гликанового картирования будет особенно полезен при разработке вакцин — и не только против ВИЧ. Многие из этих методов могут быть применены непосредственно к другим защищенным от гликанов вирусам, таким как вирусы гриппа и коронавирусы, и могут быть распространены на определенные виды рака, в которых гликаны играют ключевую роль, говорят исследователи.
ß
Космический корабль NASA Osiris-Rex и астероид Бенну
Космический корабль на короткое время приземлился на астероид в 200 милях от Земли в ходе первой миссии США по сбору информации с астероида.
Ведущий ученый Данте Лауретта сказал, что миссия во вторник собрала гораздо больше материала, чем ожидалось. Контейнер с образцом на конце манипулятора робота проник так глубоко в астероид и с такой силой, что камни были втянуты внутрь и застряли вокруг края крышки.
Команда изо всех сил пыталась поместить контейнер с образцом в обратную капсулу уже во вторник — намного раньше, чем планировалось изначально, но частицы продолжают улетать, и ученые хотят минимизировать потери.
«Время имеет решающее значение», — сказал Томас Зурбухен, руководитель научных миссий NASA.
Можно было увидеть облако астероидных частиц, кружащееся вокруг космического корабля, когда он отступал от Бенну — по крайней мере, половина унции (от 5 до 10 граммов) одновременно. По словам Лауретты, ситуация, казалось, стабилизировалась, когда рука робота перестала двигаться и зафиксировалась на месте.
Запущенный в 2016 году космический корабль прибыл к Бенну в 2018 году. Независимо от того, что находится на борту, он все равно покинет окрестности астероида в марте. Образцы не вернутся на Землю до 2023 года.
ß
Стресс и злоупотребление алкоголем у мужчин и женщин проявляются по-разному.
С помощью сложных экспериментов, разработанных для учета гендерных различий, ученые из Scripps Research объединили усилия для выявления определенных изменений в мозге, которые могут быть причиной злоупотребления алкоголем среди людей с посттравматическим стрессовым расстройством.
В исследованиях на грызунах ученые обнаружили, что мужчины и женщины проявляют свои собственные отчетливые симптомы и особенности мозга после посттравматического стрессового или алкогольного расстройства. Такие различия обычно не учитываются в лабораторных исследованиях, но могут привести к более успешному клиническому лечению.
Результаты, опубликованные в Molecular Psychiatry, также представляют новую модель для выявления биомаркеров, которые могут указывать на человека с посттравматическим стрессовым расстройством, которое с большей вероятностью приведет к развитию алкогольного расстройства.
Примерно от 7 до 8 процентов населения страны в какой-то момент будет страдать посттравматическим стрессовым расстройством. Причины включают боевое воздействие, физическое насилие, несчастный случай или другие формы травм. Расстройство, связанное с злоупотреблением алкоголя, также является распространенным явлением.
Совместное исследование Роберто и Эрика Зоррилла, доктора философии, которые являются соавторами, проследили поведение, характер сна, воспалительные иммунные реакции и уровни нейромедиатора, известного как ГАМК (сокращение от гамма Аминомасляная кислота), которая снижает тревожность и усиливает чувство расслабления и является частым признаком алкогольной зависимости.
Как у самцов, так и у самок крыс, травматический стресс и алкоголь усугубляют другие привычки поведения, характерные для посттравматического стрессового расстройства, такие как избегание общества, испуганные реакции и защитное поведение. Те, кого до травмы определили как «уязвимые к употреблению алкоголя», наиболее сильно продемонстрировали избегание мест, напоминающих травму.
Однако ученые отметили ключевые различия в поведении мужчин и женщин после травмы и увидели заметно разные модели сигнализации ГАМК. Например, у мужчин наблюдается повышенная функция рецепторов ГАМК, а у женщин — повышенное выделение ГАМК.
Команда также обнаружила, что у мужчин обнаружен иммунный биомаркер — небольшие белки, известные как цитокины, которые секретируются иммунными клетками — что определило уязвимость к расстройству, вызванному употреблением алкоголя. У женщин этого нет.
ß
Связь между счастьем и эволюцией
В ходе эволюции человека размер мозга увеличивался. Особенно в определенной его части — неокортексе.
Неокортекс позволяет нам говорить, мечтать и думать. В поисках причин, лежащих в основе расширения неокортекса лежат ряд молекулярных составляющих. Об этом сообщили исследователи из Института молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка в Дрездене вместе с коллегами из университетской больницы Карла Густава Каруса. ранее определили ряд молекулярных игроков. Согласно новым данным ученые сообщают о дополнительной, новой роли серотонина, нейромедиатора счастья, который, как известно, функционирует в мозге, обеспечивая удовлетворение, уверенность в себе и оптимизм — он действует, как клеточный внешний фактор, как фактор роста базальных предшественников у развивающегося человека, и его неокортекса. Благодаря этой новой функции серотонин, полученный из плаценты, вероятно, способствовал эволюционному расширению неокортекса человека.
«Наше исследование раскрывает новую роль серотонина, как фактора роста базальных предшественников у высокоразвитых, особенно у мозга человека. Наши данные указывают на то, что серотонин участвует в расширении неокортекса во время развития и эволюции человека», — сообщает Виланд Хаттнер, руководитель исследования. Также он подытожил, что аномальная передача сигналов серотонина и нарушение экспрессии или мутации его рецептора HTR2A наблюдались при различных нарушениях нервного развития и психиатрии, таких как синдром Дауна, синдром дефицита внимания, гиперактивность и аутизм.
Результаты исследования могут помочь объяснить, как сбои в работе серотонина и его рецептор во время развития головного мозга плода может привести к врожденным нарушениям и эти знания помогут в создании новых подходов в лечении .
ß
Новые способы борьбы с онкологией
В сентябрьском выпуске журнала Cancer Research Ханна Кнохельманн, студентка программы подготовки медицинских ученых в Медицинском университете Южной Каролины (MUSC)) и исследователь лаборатории Кристал Паулос, объединились с исследователями из трех различных онкологических центров, назначенных NCI — Онкологического центра MUSC Hollings, Emory Winship и James в Университете штата Огайо — чтобы сообщить о новом подходе к созданию Т-клеток.
T-клетки — это главное оружие организма. Они выделяются из лейкоцитов в костном мозге, чтобы убивать вирусы, когда иммунная система нуждается в дополнительной помощи. Они играют важную роль в приобретенном иммунном ответе. Обеспечивают распознавание и уничтожение клеток, несущих чужеродные антигены, усиливают действие моноцитов и многое другое.
Иммунная система человека содержит два основных типа Т-клеток: CD4 и CD8. Теперь время, необходимое для производства Т-клеток, сократилось от нескольких месяцев до менее чем одной недели за счет использования исключительно мощного подмножества Т-лимфоцитов CD4, называемого клетками Th17.
«Фактически, — объяснил Кнохельманн, «Для эффективного искоренения множества различных типов опухолей требовалось очень мало Th17-клеток. Эта новая веха может расширить критерии включения, чтобы облегчить доступ к Т-клеточной терапии для большего числа пациентов с метастатическим заболеванием».
Трансферная терапия, которая представляет собой перенос терапевтических Т-клеток пациенту, используется лишь в нескольких учреждениях по всему миру. Это делает мощную терапию недоступной для населения в целом. В этих протоколах часто используются миллиарды CD8 Т-клеток, которые обладают цитотоксическими свойствами, которые позволяют им убивать раковые клетки. Однако для того, чтобы вырастить достаточно CD8 Т-клеток для использования в одном сеансе лечения, требуются недели роста в клеточной культуре. Паулос, наставник Кнохельмана и директор отдела трансляционных исследований кожных злокачественных новообразований в Университете Эмори, сказал: «Самое замечательное в этом открытии — то, что мы можем использовать эту платформу, чтобы доставлять Т-клетки пациентам по всему миру».
Еще одно ограничение традиционной Т-клеточной терапии состоит в том, что у пациентов может случиться рецидив — рак может вернуться. даже после, казалось бы, успешного лечения. Поэтому Кнохельманн и его команда стремились разработать долгоживущую терапию, понимая факторы, которые могут предотвратить рецидив. Они обнаружили, что терапия клетками Th17 на четвертый день обеспечивает длительный ответ. Интересно, что ИЛ-6 был ключевым цитокином, подпитывающим эти Т-клетки, чтобы предотвратить рецидив после лечения. Этот цитокин дестабилизировал регуляторные Т-клетки, тормоза иммунной системы, которые позволили клеткам Th17 убивать раковые клетки.
Эта работа финансировалась Национальным институтом здравоохранения и Фондом исследований меланомы, поскольку независимые гранты были предоставлены, как Кнохельманну, так и Паулосу. В настоящее время исследовательская группа сотрудничает с хирургами и онкологами, чтобы превратить свои выводы в применимые методы лечения пациентов. «Наше видение состоит в том, что Т-клеточные продукты будут производиться для пациентов в течение нескольких дней, — сказал Кнохельманн, — поэтому эти методы лечения могут помочь всем нуждающимся пациентам, особенно тем, которые нуждаются в быстром лечении».
ß
Марсианская вода
Несколько лет назад в пустыне Сахара была обнаружена пара темных метеоритов. Они были названы NWA 7034 и NWA 7533, где NWA обозначает Северо-Западную Африку, а номер — это порядок, в котором метеориты официально одобряются Метеоритным обществом, международной планетологической организацией. Анализ показал, что эти метеориты являются марсианскими метеоритами нового типа и представляют собой смесь различных фрагментов горных пород.
Некоторое время назад 50 граммов метеорита NWA 7533 были приобретены для анализа международной группой, в которой участвовал профессор Такаши Микочи из Токийского университета.
«Я изучаю минералы в марсианских метеоритах, чтобы понять, как образовался Марс и какова его кора. «Я впервые исследовал этот конкретный метеорит, получивший прозвище» Черная красавица «за его темный цвет», — сказал Микучи. «Наши образцы NWA 7533 были подвергнуты четырем различным видам спектроскопического анализа, способам обнаружения химических отпечатков пальцев. Результаты привели нашу команду к некоторым захватывающим выводам».
Исходя из минерального состава метеорита, Микучи и его команда пришли к выводу, что, вероятно всего, вода присутствовала на Марсе намного раньше, примерно 4,4 миллиарда лет назад.
«Магматические обломки или фрагменты породы в метеорите образуются из магмы и обычно вызываются ударами и окислением», — сказал Микучи. «Это окисление могло произойти, если бы вода присутствовала на в коре Марса 4,4 миллиарда лет назад во время удара, который расплавил часть коры. Наш анализ также предполагает, что такое столкновение высвободило бы много водорода, что способствовало бы к потеплению планеты в то время, когда на Марсе уже была плотная изолирующая атмосфера из углекислого газа «.
Если вода на Марсе была раньше, чем предполагалось, то, возможно, этот процесс является естественным побочным продуктом какого-то процесса на раннем этапе формирования планеты. Это открытие может помочь исследователям ответить на вопрос, откуда берется вода, что, в свою очередь, может повлиять на теории о происхождении жизни и исследованиях жизни за пределами Земли.
ß
Возникла необходимость разработки новых методов лечения ВИЧ
Несмотря на то, что современные антиретровирусные препараты для лечения ВИЧ очень эффективны, данные показывают, что люди, живущие с ВИЧ, быстрее стареют и имеют более короткую продолжительность жизни — на 5−10 лет — по сравнению с людьми без ВИЧ.
Новое исследование, проведенное учеными из Бостонского медицинского центра, изучило, какие факторы могут способствовать воспалению, которое ухудшает состояние инфицированного. Ученые определили неспособность контролировать производство РНК ВИЧ из существующей ДНК ВИЧ, как потенциальный ключевой фактор воспаления. Результаты, опубликованные в The Journal of Infectious Diseases, подчеркивают необходимость разработки новых методов лечения стойкого воспаления у людей, живущих с ВИЧ, с целью улучшения результатов.
Антиретровирусное лечение помогает предотвратить осложнения, связанные с ВИЧ и СПИДом, но не предотвращает хроническое воспаление, которое часто встречается у людей с ВИЧ и связано со смертностью.
«Наше исследование было направлено на выявление возможной связи между латентно- инфицированной ВИЧ клетки с хроническим воспалением у людей с ВИЧ, у которых наблюдается подавленная вирусная нагрузка «, — сказала Нина Лин, доктор медицинских наук, ученый-терапевт Бостонского медицинского центра (BMC) и Школы медицины Бостонского университета (BUSM).
В ходе исследования ученые сравнили воспаление в крови и различные измерения вируса среди молодых (возраст менее 35 лет) и пожилых (возраст более 50 лет) людей, живущих с ВИЧ. Они также сравнили способность воспаления, присутствующего в крови, активировать производство ВИЧ из молчащих клеток с геномом ВИЧ. Их результаты показывают, что неспособность контролировать выработку РНК ВИЧ даже с помощью антиретровирусных препаратов коррелирует с воспалением.
«Наши результаты показывают, что необходимы новые методы лечения для борьбы с воспалением, устойчивым у людей, живущих с ВИЧ», — сказал Маниш Сагар, доктор медицинских наук, врач-инфекционист и исследователь BMC и автор-корреспондент исследования. «Современные антиретровирусные препараты предотвращают новую инфекцию, но не предотвращают выработку РНК ВИЧ, что, по нашим результатам, является потенциальным ключевым фактором, вызывающим воспаление у людей, живущих с ВИЧ».
ß
Растение пережившее динозавров
Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде, хотели понять, как водорослям удалось выжить, в то время, как массово вымирали динозавры.
Когда 65 миллионов лет назад астероид врезался в Землю, то на планете вымерли практически все виды, за исключением одного редкого вида.
«Это событие привело к уничтожению всей многоклеточной жизни на этой планете, по крайней мере, в океане «, — сказал геолог UCR и соавтор исследования Эндрю Риджвелл. «Если вы удалите водоросли, которые составляют основу пищевой цепи, все остальное должно погибнуть. Мы хотели знать, как океаны Земли избежали этой участи и, как наша современная морская экосистема изменилась после такой катастрофы».
Команда ученых исследовала хорошо сохранившиеся окаменелости уцелевших водорослей и создала подробные компьютерные модели, чтобы смоделировать вероятную эволюцию пищевых привычек водорослей с течением времени. Их результаты теперь опубликованы в журнале Science Advances.
По словам Риджуэлла, ученым в первую очередь повезло найти окаменелости наноразмеров. Они находились в быстро накапливающихся и высокоглинистых отложениях, что помогло сохранить их.
Большинство окаменелостей были сделаны с щитами карбоната кальция, а также дырки в их щитках. Отверстия указывают на присутствие жгутиков — тонких хвостовидных структур, которые позволяют крошечным организмам плавать.
«Единственная причина, по которой вам нужно двигаться, — это поймать свою добычу», — объяснил Риджвелл.
У современных родственников древних водорослей также есть хлоропласты, которые позволяют им использовать солнечный свет для приготовления пищи из углекислого газа и воды. Эта способность выживать, питаясь другими организмами и фотосинтезом, называется миксотрофией. Примеры немногих наземных растений, обладающих этой способностью, включают венерианские мухоловки и росянки.
Исследователи обнаружили, что после прояснения постастероидной тьмы эти миксотрофные водоросли распространились с прибрежных шельфовых областей в открытый океан, где они стали доминирующей формой жизни на следующий миллион лет, помогая быстро восстановить пищевую цепочку. Помогло и то, что более крупные существа, которые обычно питались этими водорослями, изначально отсутствовали в океанах, переживших вымирание.
«Результаты демонстрируют как чрезвычайную адаптивность океанического планктона, так и его способность к быстрой эволюции», — сказал Риджвелл.
Свежие комментарии