Diagnostická žvýkačka

16.8.2017
Schema fungování žvýkačky pro určení zánětu.

Speciálně připravená žvýkačka odhalí hořkou chutí zánět v ústní dutině dříve, než se projeví tepavou bolestí či jinými nepříjemným příznaky. Základ představuje velmi hořká sloučenina zvaná denatonium s navázanou karboxylovou skupinou. Přes ni se peptidovou vazbou -CONH- váže na bílkovinný řetězec, jehož druhý konec kotví na mikročástici z polymethylmetakrylátu. Žvýkáme-li žvýkačku s obsahem této látky, hořkou chuť necítíme. Pevně vázané denatonium neaktivuje chuťové pohárky. Pouze při zánětu v ústní dutině nacházíme ve slinách enzymy zvané proteázy, které rozštěpí spojení mezi denatoniem a mikročásticí, v důsledku čehož ucítíme hořkost.

 
Zdroj:
Ritzer, J. et al., Diagnosing peri-implant disease using the tongue as a 24/7 detector, Nature Communications 8, Article number: 264 (2017), DOI: 10.1038/s41467-017-00340-x
Zdroj

Sopky pod ledovcem

15.8.2017
Červená vyznačuje nově objevenou vulkanickou oblast na snímku Antarktidy složeném z družicových fotografii (NASA).

Led západní Antarktidy skrývá nejrozsáhlejší vulkanickou oblast na světě. Táhne v délce přes 3.000 km od Rossova pobřežního ledu až k Antarktickému poloostrovu. Tvoří ji 138 vulkánů o výšce od 100 do 3.850 m, z nichž 91 objevili při rozsáhlém výzkumu geografové z University of Edinburgh. Oblast prozkoumali pomocí satelitního snímkování a leteckého měření gravitace a magnetického pole. Na obrázku Antarktidy složeném z družicových fotografií (NASA) červená vyznačuje nově objevenou vulkanickou oblast.

Tajemné jezero v Antarktidě, akademon.cz 24.3.2002

Rozsáhlý drenážní systém v Antarktidě, akademon.cz 21.4.2006

 
Zdroj:
Maximillian van Wyk de Vries, Robert G. Bingham, Andrew S. Hein. A new volcanic province: an inventory of subglacial volcanoes in West Antarctica. Geological Society, London, Special Publications, 2017; SP461.7 DOI: 10.1144/SP461.7
Zdroj

Palba vodní kapkou

14.8.2017
Schematické znázornění vystřelení spory splynutím dvou vodních kapek. Bullerova kapénka je ta modrá kulatá.

Stopkovýtrusné houby (Basidiomycota) vystřelují své mikroskopické spory pomocí energie získané splynutím dvou kapiček vody. První z nich, tzv.Bullerova kapénka, vzniká během růstu spory na výběžku, jež tvoří propojení s podkladem. Druhá, čočkovitého tvaru, těsně přiléhá ke spoře. V okamžiku jejich splynutí se zmenší povrch a uvolněná energie vymrští sporu rychlostí 1 m/s. Schematické znázornění najdeme na obrázku.

Bullerova kapénka nese jméno po britsko-kanadském mykologovi Arthuru Henrymu Reginaldu Bullerovi, který na počátku 20.století rozpoznal její důležitost pro vystřelení spory. Podrobný popis včetně pochopení vlivu tvaru kapiček na směr letu dokončili mykologové převážně z Duke University nedávno.

 
Zdroj:
Asymmetric drop coalescence launches fungal ballistospores with directionality, Fangjie Liu, Roger L. Chavez, S. N. Patek, Anne Pringle, James J. Feng, Chuan-Hua Chen, J. R. Soc. Interface 2017 14 20170083; DOI: 10.1098/rsif.2017.0083. Published 26 July 2017
Zdroj

Tunely lenochodů

13.8.2017
Stopy drápů ve stěně (A), tunel s dnem erodovaným protékající vodou (B) a tunel (C) tvořený třemi propojenými komorami (1,2,3). Foto Renato Pereira Lopes, Heinrich Theodor Frank, Francisco Sekiguchi de Carvalho Buchmann & Felipe Caron (2016): Megaichnus igen. nov.: Giant Paleoburrows Attributed to Extinct Cenozoic Mammals from South America, Ichnos, DOI: 10.1080/10420940.2016.1223654.

Brazilský geologicko-paleontologický tým předpokládá, že rozsáhlé velké tunely na jihu a jihovýchodě Brazílie a přilehlé argentinské provincii Buenos Aires vytvořili vyhynulí příslušníci pleistocenní megafauny. Při hrabání více než 1.500 různých tunelů přiložili pracky k dílu obří lenochodi Lestodon a Glosotherium i velcí pásovci Pampatherium a Propraopus.

Tunely nacházíme ve dvou velikostech, jednak s průměrem 1,5 m, jednak 2 m vysoké s šířkou do 4 m, což přibližně odpovídá velikostem a možnostem jmenovaných zvířat. Na stěnách nacházíme stopy drápů. Procházejí měkkými nebo zvětralými horninami, ve nichž je lze vyhrabat. Lepší vysvětlení nemáme. Tunely obdobného tvaru vytváří i láva protékající měkčím materiálem, nicméně zmíněné struktury k nim nepatří.

Na obrázku vidíme stopy drápů ve stěně (A), tunel s dnem erodovaným protékající vodou (B) a tunel (C) tvořený třemi propojenými komorami (1,2,3). Foto Renato Pereira Lopes, Heinrich Theodor Frank, Francisco Sekiguchi de Carvalho Buchmann & Felipe Caron (2016): Megaichnus igen. nov.: Giant Paleoburrows Attributed to Extinct Cenozoic Mammals from South America, Ichnos, DOI: 10.1080/10420940.2016.1223654.

 

Rozptýlit nerozpustné

11.8.2017
Výsek úplné struktury blokového polymeru s fenytoinem.

Důležitou vlastností aktivních látek léků je dobrá rozpustnost ve vodě. Nerozpustné sloučeniny organismus těžko vstřebá a dopraví na místo určení. Celá řada zajímavých biologicky aktivních látek je tudíž jen omezeně využitelná. Zajímavé řešení představuje navázání jednotlivých molekul aktivní látky na polymerní řetězec. Dojde tím k rozptýlení jednotlivých molekul bez rozpuštění.

Chemici z University of Minnesota ve spolupráci s Dow Chemical Company navázali antiepileptikum fenytoin (phenytoin) na polymer N-isopropylakrylamidu (NIPAm), který zabraňuje vysrážení aktivní látky. Úseky polymerního NIPAmu přerušovaly hydrofilní řetězce N,N-dimethylakrylamidu (DMA). Hovoříme o blokovém kopolymeru, kde úseky z NIPAmu střídají úseky tvořené DMA. Výsek úplné struktury polymeru s fenytoinem vidíme na obrázku.

 
Zdroj:
Jeffrey M. Ting et al, High-Throughput Excipient Discovery Enables Oral Delivery of Poorly Soluble Pharmaceuticals, ACS Central Science, 2016, 2 (10), pp 748–755, DOI: 10.1021/acscentsci.6b00268
Zdroj

Narkóza pro brouky

10.8.2017

Výpočetní tomografie umožňuje kombinací rentgenového záření a velké výpočetní síly zobrazit vnitřní struktury organismů. Lze dosáhnout rozlišení až 10 mikrometrů. U jiných tvorů než u lidí je užití omezené, protože např. bezobratlého lze těžko přemluvit, aby byl po nezbytnou dobu v klidu. Pomůže narkóza oxidem uhličitým, která brouka znehybní, avšak nezastaví životní pochody.

Vnitřek mandelinky bramborové (Leptinotarsa decemlineata) nasnímaný výpočetní tomografií v narkóze můžeme shlédnout na tomto videu (D.Poinapen et al., Micro-CT imaging of live insects using carbon dioxide gas-induced hypoxia as anesthetic with minimal impact on certain subsequent life history traits, BMC Zoology, BMC series – open, inclusive and trusted, 2017, doi: https://doi.org/10.1186/s40850-017-0018-x). Další videa najdeme zde, až úplně dole na konci webové stránky. Kromě mandelinky nasnímali i motýla plavokřídlece jížního (Pseudaletia (Mythimna) unipuncta).

 

Užitečný parazit

9.8.2017
Kokotice evropská (Cuscuta europaea) rostoucí  na bezu chebdí (Sambucus ebulus), foto Bogdan, CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/), via Wikimedia Commons.

Rostliny rodu Kokotice (Cuscuta) se dokonale přizpůsobily parazitickému způsobu života. Často dochází k tomu, že jediná kokotice roste na několika sousedních rostlinách, které navzájem propojuje. Umožňuje tak např. přesun virů. Začne-li někdo jednu z kokoticí propojených rostlin požírat, přenese parazit informaci o ohrožení i na ostatní propojené rostliny a umožní jim spustit včas obranné mechanismy založené na jasmonové kyselině (3-oxo-2-(2‘-cis-pentenyl)cyklopentan-1-ethanová kyselina). Na obrázku vidíme kokotici evropskou (Cuscuta europaea) rostoucí na bezu chebdí (Sambucus ebulus), foto Bogdan, CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/), via Wikimedia Commons.

 
Zdroj:
Ch. Hettenhausen et al., The stem parasitic plant Cuscuta australis (dodder) transfers herbivory-induced signals among plants. PNAS August 8, 2017, vol. 114 no. 32,  E6703–E6709, DOI: 10.1073/pnas.1704536114
Zdroj

Ze dvou motýlů jeden

8.8.2017
Sameček okáče Caeruleuptychia helios nahoře, samička dole (foto Florida Museum of Natural History/Shinichi Nakahara).

Sekvenování DNA motýlů okáčů (rod Caeruleuptychia) z čeledi babočkovitých přineslo nečekaný výsledek. Dva rozdílné druhy motýlů jsou ve skutečnosti samečkem a samičkou druhu jediného - Caeruleuptychia helios. Jak vidíme na obrázku, obě pohlaví se výrazně liší. Samečka vidíme nahoře, samičku dole (foto Florida Museum of Natural History photo by Shinichi Nakahara).

 
Zdroj:
https://www.floridamuseum.ufl.edu/science/a-case-of-mistaken-identity-dna-links-male-female-butterfly-thought-to-be-distinct-species/
Zdroj

Magnetizovaný fág

7.8.2017
Schematické znázornění komplexu bakteriofága čeledi Podoviridae s magnetickou nanočásticí pokrytou chitosanem. Vytvořeno s pomocí Ninjatacoshell (Own work) [CC BY-SA 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons.

Navázání magnetické částice na povrch bakteriofága podstatně zvýší účinnost jeho působení proti bakteriím. Pokud se někde dobře usadí, vytvoří bakterie společně polysacharidovou vrstvu zvanou biofilm, v němž se jim lépe žije. Kromě jiného je chrání nejen před fágy, ale např. ztěžuje i přístup antibiotik. Navážeme-li na bakteriofág magnetickou nanočástici z oxidu železnato-železitého Fe3O4, vložené vnější magnetické pole mu podstatně usnadní pronikání do biofilmu přímo k bakteriálním buňkám.

Experimenty proběhly s fágy čeledi Podoviridae, tzv. podoviry, na bakteriích Pseudomonas aeruginosa a Escherichia coli. Zachycení magnetické nanočástice zajistil obal z polysacharidu chitosanu pomocí aminoskupin -NH2 vazbou na karboxylové skupiny -COOH na povrchu bakteriofága. Schematické znázornění komplexu bakteriofága čeledi Podoviridae s magnetickou nanočásticí pokrytou chitosanem vidíme na obrázku. Vytvořeno s pomocí Ninjatacoshell (Own work) [CC BY-SA 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons.

Více o využití bakteriofágů proti bakteriální infekci najdeme zde.

 
Zdroj:
L.-L. Li et al., Enhanced biofilm penetration for microbial control by polyvalent phages conjugated with magnetic colloidal nanoparticle clusters (CNCs), Environ. Sci.: Nano, 2017, Advance Article, doi: 10.1039/C7EN00414A
Zdroj

Výjimku mezi ptáky

6.8.2017
Gvačaro jeskynní (Steatornis caripensis) na Trinidadu (cc-by-2.0, via Wikimedia Commons).

představuje Gvačaro jeskynní (Steatornis caripensis), jediný zástupce čeledi gvačarovitých (Steatornithidae) z řádu lelků (Caprimulgiformes). Při opouštění a návratu do svého hnízda ve skalních dutinách používá echolokaci. Podrobně ji prozkoumali ornitologové z Jihodánské univerzity v Odense. Gvačaro vydává sekvence cvakání v délce do 10 ms. Tvoří je několik 2 - 3 milisekundových intervalů po 2 až 8 cvaknutí o vlnové délce 7 - 23 kHz. Poslechnout si je můžeme zde. Záznam vznikl v jeskyni Aripo ve večerních hodinách, kdy gvačarové opouštějí hnízda kvůli hledání potravy.

Jde o nočního ptáka dorůstajícího až 48 cm při rozpětí křídel 91 cm a váze do 475 g. Žije na jihu Střední a na severu Jižní Ameriky. Pro vyhledání potravy, kterou představuje zejména ovoce, mu postačí čich a velmi citlivý zrak. Páreček gvačarů vidíme na obrázku, pořízeném na Trinidadu (cc-by-2.0, via Wikimedia Commons)

Další echolokační zvuky gvačar najdeme zde.

 
Zdroj:
Oilbirds produce echolocation signals beyond their best hearing range and adjust signal design to natural light conditions, Signe Brinklov, Coen P. H. Elemans, John M. Ratcliffe, R. Soc. open sci. 2017 4 170255; DOI: 10.1098/rsos.170255. Published 24 May 2017
Zdroj

Nové materiály pro elektroniku

5.8.2017
Struktura sloučeninu cykloparafenylenu s jodem (fialové koule).

Dočasné elektrické obvody na míru lze pomocí laserového paprsku vytvářet z krystalů titaničitanu strontnatého SrTiO3. V oblastech ozářených laserem o vlnové délce 405 nm poklesne odpor o tři řády. Vybuzená fotovodivost přetrvá za normální teploty v temnotě po několik dní. Obdobné jevy doposud vědci pozorovali jen za teplot pod 180 K.

Titaničitan strontnatý, na který můžeme hledět rovněž jako na podvojný oxid titaničito strontnatý TiO2 + SrO, vykazuje řadu zajímavých vlastností. Např. pomocí elektrolýzy v pevné fázi z něj lze připravit piezoelektrický materiál. Dojde k tomu kvůli přesunu kyslíkových aniontů v krystalové mřížce na jiné místo vlivem procházejícího elektrického proudu.

Zajímavou sloučeninu připravila skupina expertů z Nagojské univerzity. Působíme-li na ni elektrickým proudem, stoupá její vodivost a zároveň emituje bílé světlo, což není příliš obvyklé. Chemicky jde o cykloparafenylen v kombinaci s jodem, jehož molekuly I2 leží uvnitř organického cyklu. Strukturu vidíme na obrázku, kde atomy jodu představují fialové koule. Cyklické molekuly se skládají jedna na druhou a vytvářejí dlouhé sloupce. Při průchodu proudu se jod redukuje na dlouhé polyjodidové anionty, které způsobují zmíněné chování sloučeniny.

 
Zdroj:
V.M:Poole et al., Using persistent photoconductivity to write a low-resistance path in SrTiO3, Scientific Reports 7, Article number: 6659 (2017), doi:10.1038/s41598-017-07090-2 - B. Khanbabaee et al., Large piezoelectricity in electric-field modified single crystals of SrTiO3, Applied Physics Letters 109, 222901 (2016); doi: 10.1063/1.4966892 - Ozaki, N., Sakamoto, H., Nishihara, T., Fujimori, T., Hijikata, Y., Kimura, R., Irle, S. and Itami, K. (2017), Electrically Activated Conductivity and White Light Emission of a Hydrocarbon Nanoring–Iodine Assembly. Angew. Chem. Int. Ed.. doi:10.1002/anie.201703648.
Zdroj

Pokusy s lidským zárodkem

4.8.2017
video

Genovou modifikaci lidské zárodečné buňky shlédneme na tomto videu. Americký genetický tým odstranil mutaci genu MYBPC3 v jedenáctém chromozomu, která způsobuje závažnou srdeční chorobu zvanou hypertrofická kardiomyopatie. Každému pětistému člověku způsobuje poruchy srdečního rytmu a vzácně vyústí v srdeční selhání. Použitá metoda CRISPR-Cas9 umožňuje provést zásah na přesně určeném místě genomu, což starší postupy neumožňují.

Modifikace započala souběžně s oplodněním zárodečné buňky. Práce s jednobuněčným zárodkem umožňuje překonat problém tzv.mozaicismu, tedy vzniku organismu tvořeného dvěma nebo více skupina buněk s odlišným genotypem. Obdobné předchozí experimenty na vícebuněčných zárodcích vedla ke vzniku embryí tvořených původními i geneticky modifikovanými buňkami, což z hlediska možného využití při genové terapie nemá smysl.

Video ukazuje průběh experimentu opačně. Nejprve proběhlo oplodnění a první fáze modifikace, což najdeme ve druhé části videa s titulkem M-phase injection. Osmnácti hodin po ní došlo na úvodní část videa s titulkem S-phase injection. Důvody, které vedly ke zveřejnění převráceného videa mi známy nejsou.

 
Zdroj:
Hong Ma et al, Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos, Nature, doi: 10.1038/nature23305
Zdroj

Buněčný počítač

2.8.2017
Bakterie Escherichia coli obrázku na snímku rastrovacího elektronového mikroskopu (Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH, via Wikimedia Commons, public domain).

Bakteriální buňku lze upravit tak, aby prováděla jednoduché logické operace AND, OR a NOT. Vstup tvoří krátké řetězce ribonukleové kyseliny RNA s pečlivě navrženou strukturou. Určitým způsobem se zkombinují a vzniklá struktura spustí v ribozomu syntézu příslušné bílkoviny, která představuje výstup. Experimenty proběhly v rozšířené střevní bakterii Escherichia coli, která je pro své nenáročné pěstování velmi oblíbený pokusný organismus. Vidíme ji na obrázku na snímku rastrovacího elektronového mikroskopu (Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH, via Wikimedia Commons, public domain).

 
Zdroj:
A.A.Green et al., Complex cellular logic computation using ribocomputing devices, Nature (2017), doi:10.1038/nature23271
Zdroj

Tisk vodou

1.8.2017
Znázornění změny struktury sloučeniny při tisku vodou.

Několik sloučenin, které navlhčením získají barvu, připravil čínský vědecký tým z Tilinské univerzity a americké Northwestern University. Směsí s polyethylenglykolem H-[-O-CH2CH2-]n-OH pokryli list papíru, čímž získali podklad, na který lze tisknou pouhou vodou. Po zahřátí barviva vyschnou, folie zbělá a lze znovu tisknout. Jde o nepříliš složité organické sloučeniny s několika cykly. Za přítomnosti molekuly vody dojde k otevření jednoho z nich, čímž vznikne barevný systém konjugovaných dvojných vazeb -C=C-C=C-C=C-. Znázornění změny struktury vidíme na obrázku.

 
Zdroj:
Sheng, L. et al. Hydrochromic molecular switches for water-jet rewritable paper. Nat. Commun. 5:3044 doi: 10.1038/ncomms4044 (2014)
Zdroj

Diskuse/Aktualizace