Jak vyrobit nový druh

30.6.2011
ještěrka Aspidoscalis exsanguis, foto Vicente Mata-Silva, 23.5.2012,  Hueco Tanks State Park (El Paso County, Texas, USA), licence Creative Commons Attribution 3.0 Unported, Wikimedia Commons.

Spářením samičí ještěrky s třemi sadami chromosomů se samcem s typickými dvěma sadami lze vytvořit nový druh ještěrky. Několik výlučně samičích druhů obývá pouště v Novém Mexiku. Rozmnožují se asexuální parthenogenezí, ale spojení samičích druhů se samčími představiteli jiných druhů vedlo v minulosti k tvorbě triploidních druhů, jejichž potomstvo bylo sterilní. Pracovníci v Kansas City spářili jednu triploidní samičku ještěrky Aspidoscalis exsanguis (na obrázku, foto Vicente Mata-Silva) se samečkem druhu A. inornata a vytvořili tak nový druh ještěrky se čtyřmi sadami chromosomů. Tetraploidní ještěrky se pak asexuálně množily a vytvářely tak geneticky identické dceřiné potomstvo. Dcery se pak dále stejně množily, což ukazuje na možnost rozmnožování organismů s více než dvěma sadami chromosomů a zároveň ukazuje, jak vytvořit nový živočišný druh.

Měření extrémně malých vzdálenosti

29.6.2011

Zajímavé zařízení pro měření nepatrných vzdáleností např. mezi jednotlivými částmi makromolekul sestrojila Laura Na Liu z Lawrence Berkeley National Laboratory se svými kolegy ze Stuttgartské university a z Univerzity Blaise Pascala ve francouzském Aubiere. Je založeno na již používaném principu – pokud se dva plasmony (povrchové excitace elektronů ve vodičích) octnou blízko sebe, významně ovlivní svá spektra ve viditelné oblasti. Jejich zařízení tvoří zlaté nanotyčinky složené do tvaru písmene H. Měřidlo netvoří žádnou pevnou, rigidní strukturu. Připojíme-li k němu na různých místech velkou molekulu, měřidlo se zdeformuje a umožní molekule podržet svůj původní, přirozený tvar. Pomocí světelného záření vytvoříme plasmony a ze změn jejich spekter přesně určíme vzdálenosti jednotlivých částí molekuly.

Nová rodina proteinů a tvorba Casparyho proužků v rostlinné epidermis

28.6.2011

Polarizované epitely jsou základem mnohobuněčného života. V živočišných tkáních vytvářejí komplexy membránové difuzní bariéry a hrají úlohu v uzavírání extracelulárního prostoru. Rostlinné buněčné bariéry mají odlišný evoluční původ. Kořenový epiderm se podobá polarizovanému epitelu a hraje úlohu v příjmu živin a vody z okolního prostředí a v ochraně proti stresu. Chrakteristickými složkami jsou takzvané Casparyho proužky, což jsou pásy speciálního stěnového materiálu, vytvářející extracelulární difuzní bariéru. Pracovníci ze Švýcarska, Belgie, Německa a Nizozemska nyní identifikovali rodinu transmembránových proteinů (tzv. CASP), které se vyskytují v membráně v místech, kde se budou tvořit Casparyho proužky. CASP1 má řadu rysů, které určují tvorbu komplexů s dalšími CASP. Je v membráně nepohyblivý a sedimentuje jako velký polymer. Jde o první molekulární faktory tvořící plasmatickou membránu (plasmalemmu) a extracelulární difuzní bariéru v rostlinách a o nový způsob tvorby epiteliální bariéry v eukaryontních buňkách.

Pevnost kostí

25.6.2011
Snímek lebeční kosti potkana pořízený elektronovým mikroskopem po odstranění bílkovinného kolagenu. Vidíme jednotlivé krystalky hydroxylapatitu. Citrát na jejich povrchu zabraňuje dalšímu růstu.

Výzkumy týmu prof. Klause Schmidt-Rohra z Iowa State University a Ames Laboratory a ukazují, že citrát hraje důležitou roli při utváření struktury kostí. Blokuje růst krystalků fosforečnanu vápenatého, takže nepřesáhnou mikrotrové rozměry. Spolu s kolagenovou matricí, v níž jsou uloženy, vytvářejí velmi kvalitní kompozitní materiál. Pokud by krystalky byly příliš velké, kosti by se staly křehkými. Je zajímavé, že důležitost citrátu rozpoznali vědci za jiných okolností již dříve. Podstatně totiž zlepšuje vlastnosti tmele z fosforečnanu vápenatého, který se používají k spojování rozdrcených kostí (akademon.cz 21.9.2004).

Imunitní buňky posilují metastázy

24.6.2011

Rychlý postup rakoviny prsu je spojen s imunitními buňkami zvanými makrofágy. Nyní bylo zjištěno, že makrofágy spojené s růstem nádorů (TAM) vylučují protein, který metastázy posiluje. Čínští pracovníci odhalili, že nejběžnější cytokin, produkovaný TAM u pacientek s invazivním karcinomem prsu, je CCL18. Injekce tohoto proteinu myším s takovým karcinomem zvyšuje metastázy. U lidských buněk se zvyšuje invazivita šest- až devětkrát. Protilátka proti CCL18 tuto odpověď asnižuje.

Cukrová třtina ochlazuje podnebí

23.6.2011

Pracovníci Stanfordovy univerzity v Kalifornii analyzovali pokrytí, teplotu a reflektivitu brazilských savan, kde narůstá pěstování cukrové třtiny. Stanford University News uvádějí, že pole osetá cukrovou třtinou snižují teplotu vzduchu ve srovnání s poli osetými sojou, kukuřicí nebo travinami. Nicméně cukrová třtina také zvyšuje okolní teplotu ve srovnání s přirozenou vegetací o 1,55 oC v porovnání s nárůstem o 2,48 oC při shora uvedených pěstovaných rostlinách. Zdá se tedy, že největší výhody pěstováni třtiny nastávají při využití již existujících zemědělských ploch a pokud její pěstování nezvyšuje odlesňování.

Metabolismus lipidů a obezita

22.6.2011

Funkce endoplasmatického retikula (ER) se při obezitě mění. V játrech klesá proteosyntéza spojená s ER a zapínají se geny spojené s metabolismem lipidů. Stres na ER je důležitým faktorem v rezistenci na insulin. Nyní se zjistilo, že tento vliv je spojen s narušením metabolismu mastných kyselin a lipidů inhibicí SERCA, což je hlavní transportní ATPáza vápníku v endoplasmatickém a sarkoplasmatickém retikulu. Změna ve složení lipidů nebo nárůst SERCA v ER potlačuje stres a zlepšuje homeostázi glukosy in vivo.

Grafen ze suchého ledu

22.6.2011
Hořčík hořící v bloku suchého ledu (pevný oxid uhličitý)

Díky svým unikátním vlastnostem je grafen je velmi nadějným materiál pro elektroniku. Novou metodu, jak ho připravit s velkým výtěžkem, vyvinuli chemici z Northern Illinois University pod vedením prof. Narayana S. Hosmaneho. Získávají ho reakčí kovového hořčíku s pevným oxidem uhličtým (suchý led).

Maskovací plášť z červené krvinky

21.6.2011
Schematické znázornění přípravy (Nanoparticle-detained toxins for safe and effective vaccination, Che-Ming J. Hu, Ronnie H. Fang, Brian T. Luk & Liangfang Zhang, Nature Nanotechnolog 8, 933-938 (2013)).

Již delší dobu se testují možnosti využití nanočástic pro transport účinných látek v organismu přímo na místo jejich působení. Další možnost, jak usnadnit pohyb nanočástic v krvi vyvinul tým profesora nanoinženýrství Liangfanga Zhanga z University of California v San Diegu. Na nanočástice navlékli membrány z červených krvinek, címž je ochrání před protilátkami.

akademon.cz 16.2.2013: Membránu bílých krvinek ke stejnému účelu užil lékařský tým z Methodist Hospital Research Institute v texaském Houstonu pod vedením Dr.Ennia Tasciottiho.

9.1.2014: Toxin alfa-hemolysin ze zlatého stafylokoka (Staphylococcus aureus) zamaskoval membránou červené krvinky tým Liangfanga Zhanga z University of California v San Diegu. Nejprve připravili nanočástici z polyperfluoroglutarové kyseliny, kterou pokryli membránou červené krvinky. Na takto upravené nanočástice působili molekulami zmíněného toxinu, který se zabudoval do membrány. Vznikla tak nová očkovací látka, účinnější než pouhý samotný denaturovaný toxin a netoxická. Její příprava je schematicky znázorněna na obrázku (Nanoparticle-detained toxins for safe and effective vaccination, Che-Ming J. Hu, Ronnie H. Fang, Brian T. Luk & Liangfang Zhang, Nature Nanotechnolog 8, 933-938 (2013)).

Fotovoltaické články z vody

20.6.2011

Experti z australského CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) spolu s týmem Paula Mulvaneye z University of Melbourne vyvinuli nový způsob výroby fotovoltaických článků na mokré cestě. Světlocitlivé polovodivé vrstvy připravují nikoliv napařováním, nýbrž usazením z vodných koloidních roztoků, které obsahují jemně rozptýlené částečky vhodných polovodičů. Vzniklé vrstvy je třeba nutné ještě tepelně zpracovat. Účinnost takto připravených článků sice nepřesahuje 7%, jejich cena je však nízká, mimo jiné i proto, že jde o výrazně rychlejší výrobní postup.

Vodní baterie

19.6.2011

Zajímavý elektrochemický článek založený na rozdílu koncentrací solí v říční a mořské vodě sestrojil americko-italský tým vedený prof.Yi Cuiem z kalifornské Stanford University. Jako elektrolyt mezi elektrodami nejprve protéká říční voda s nízkým obsahem solí, takže vymývá z jedné elektrody sodné kationy a z druhé chloridové anionty. Tím vzniká napětí, jež můžeme využít ke konání práce. Do původního stavu se článek dostane promytím mořskou vodou s vyšším obsahem iontů, které pronikají do elektrod a obnovují jejich původní stav. Jedna elektroda byla zhotovena z oxidu sodno-manganato-manganičitého Na2Mn5O10 ve formě tyčinek nanometrových rozměrů, druhá z chloridu stříbrného AgCl. Velikou nevýhodou článků založených na různých koncentracích iontů je řádově nižší dosažitelné napětí než i článků fungujících na základě chemické reakce.

Nové udělátko od DARPy

18.6.2011

Americká agentura DARPA (více o ní viz akademon.cz 11.10.2005) zhotovila další zařízení, která má zvýšit šance na přežití vojáků v poli. K velmi závažným válečným zraněním patří traumatické poranění mozku v důsledku silného nárazu vyvolaného blízkým výbuchem. V polních podmínkách se však těžko může určit jeho závažnost, protože nemusí být ve spojení a žádnými vnějšími ránami ani jinými porjevy alespoň v krátkodobém horizontu. Nový přístroj zvaný Blast Gauge velikosti přibližně krabičky od zápalek ponese v boji každý voják sebou. Při jejich zasažení tlakovou vlnou okamžitě odměří její sílu a určí možný rozsah poranění mozku. Zdravotníci okamžitě budou mít k dispozici zásadní informaci.

Průmyslová fotokatalýza

16.6.2011

Prof.Can Li se svými kolegy z Dalianského ústavu chemické fyziky připravil systém, který energii k provedení hydrogenace získává z viditelného světelného záření. Dopadající foton nejprve excituje elektron v nanočástici sulfidu kademnatého CdS. Ten redukuje komplexní iriditou sloučeninu, která v kyselém prostředí zhydrogenuje organické látky. Chemický průmysl zatím hojného a levného zdroje, jakým je světlo, vůbec nevyužívá. Rozhodující roli při průmyslových chemických syntézách hrají teplota, tlak a katalyzátory. Pokud by se fotokatalýza více rozšířila, bude nezbytné zcela změnit koncept reakčních nádrží, protože do nitra dosavadních objemných válcovitých či kulových zařízení by světlo pronikalo velmi špatně, i kdyby byly z průhledného materiálu.

Magnetickým polem proti infarktu

14.6.2011

Podle experimentů, které provedl Rongjia Tao z Temple University ve Philadelphii a Ke Huang z University of Michigan, lze viskozitu krve snížit působením vhodně orientovaného magnetického pole. Zřejmě to způsobuje uspořádání železem bohatých červených krvinek podle siločar. Při působení magnetického pulsu o magnetické indukci 1,3 T poklesla viskozita vzorku za teploty 37oz hodnoty 7 cP na 4,75 cP. Centipoise (cP) je běžnou jednotkou měření viskozity o rozměru g/cm.s. V systému SI se viskozita udává v Pa/s, přičemž platí že Pascal sekunda je1.000 cP. Musíme podotknout, že pole o magnetické indukci 1,3 T je velmi silné magnetické pole. Zůstává proto nejasné, zdali údajné blahodárné působení tzv. japonských náramků s mnohem slabšími magnety, které byly populární v sedmdesátých letech minulého století, bylo založeno právě na tomto mechanismu.

Grafenová elektronika se blíží

13.6.2011
Struktura grafenu

Vývojovému tým z z T.J.Watson Research Center společnosti IBM v newyorském Yorktown Heights pod vedením Phaedona Avourise se podařilo vyřešit problém, jak pevně spojit grafen se standardními materiály integrovaných obvodů. Samotnou vrstvičku grafenu připravili na povrchu plátku z karbidu křemičitého SiC selektivním odpařením křemíku za vhodné teploty. Na povrchu vznikla vrstvička tvořená pouze uhlíkem, která vytvořila vrstvu grafenu. Nadbytečné části grafenové vrstvy odstranily plazmovým leptáním a vodiče připojili napařením hliníku. Celek pak pokryli 120 nm silnou izolační ochranou vrstvou oxidu křemičitého a tranzistor byl hotov. Práce expertů z IBM představuje významný krok při využití grafenu pro výrobu standardních elektronických součástek.

akademon.cz 5.5.2012: Profesor Rodney Ruoff se svými týmem z University of Texas v Austinu různými způsoby modifikuje a upravuje grafen (27.9.2008, 20.12.2009). Jejich posledním kouskem je fluoridování grafenu, tedy navázání atomů fluoru na vrstvu uhlíkových atomů. Metoda, kterou k tomuto účelu vyvinuli, je velmi zajímavá. Fluor je velmi reaktivní plyn, takže práce s ním je náročná. Ruoffův tým pokryl grafen polymerem poly(perfluorobutenylvinyletherem), který ozařoval laserem. Uvolněné fluorové radikály okamžitě reagovaly s grafenem. Odpor fluorovaného grafenu podstatně narůstá. Nové metody bude pravděpodobně možné využít k vytváření složitějších elektronických struktur z jediného plátku grafenu.

GPS rozpozná jaderný výbuch

8.6.2011

Systém GPS můžeme využít i k jiným účelům než k určení polohy (např. i akademon.cz 17.5.2002, 8.10.2003). Jak zjistil geologický tým prof. Ralpha von Freseho z Ohio State University, družice tvořící systém GPS mohou na základě drobných změn v hustotě elektronů ve svém okolí lokalizovat místo atomového výbuchu. Provádět tajné testy je stále těžší a těžší. Na druhou stranu si státy jako Severní Korea a Írán, o které hlavně jde, s utajováním lámat hlavu nemusí. Mohou je provádět zcela veřejně, protože mezinárodní společenství se sotva shodne na jakémkoli účinném zásahu. A pokud by se Spojené státy, jako jediná země, která má dostatek možností k takové akci, rozhodly jednat samostatně, vyvolalo by to ještě ostřejší reakci než vlastní testování jaderných zbraní.

Oxid uhličitý a geotermální energie

7.6.2011

Oxid uhličitý může být mnohem vhodnějším mediem pro získávání tepla z hlubin Země než dosud užívaná voda. Martin Saar a Jimmy Randolph z University of Minnesota zakládají obchodní společnost, která má uvést na trh výsledky jejich výzkumů. Jeho tepelné vodivost a kapacita je sice výrazně nižší než vody, avšak mnohem snáze proniká porézními horninami.

Bakterie si pochutnají na kávě

6.6.2011
Kofein a theofylin se liší pouze v methylové skupině na pětičlenném cyklu.

Energii z kávy získávají i bakterie. Ryan Summers, student z University of Iowa, odhalil, že bakterie Pseudomonas putida CBB5 mohou používat kofein jako zdroj energie, přičemž ho rozloží na oxid uhličitý a amoniak. Meziproduktem tohoto procesu je theofylin, z níž se ve farmaceutickém průmyslu připravují účinné látky léků proti astmatu. Jejich apetitu by se možná dalo využít i k přípravě kávy bez kofeinu, i když to není příliš pravděpodobné. Současné technologie již nahradili původně užívané organické rozpouštědlo dichlorethan superkritickou vodou. Bakterie Pseudomonas putida rozkládají různé organické látky, např. toluen, naftalen nebo styren. Ukázalo se, že v přírodě existuje obdobná bakterie, kterou se již podařilo připravit genovou manipulací (akademon.cz 11.10.2004).

Diskuse/Aktualizace