Новости Науки за неделю: Нейроорганоид, астероид и как заморозка продлевает жизнь
Новый выпуск еженедельной подборки самых интересных новостей из мира науки. И в этом выпуске: Эффективна ли противоастероидная защита; какие датчики есть у бактерий; может ли заморозка продлевать жизнь; как видеть сквозь туман и как научить минимозг играть в компьютерную игру?
(все ссылки на пруфы и исследования под роликом на ютубе. Короткая текстовая версия ниже)
Содержание ролика:
00:25 Как мини-мозг научился играть в понг
03:09 У "спящих" бактерий постоянно работают датчики
05:01 Тихоходки не стареют в криобиозе как "Спящая красавица"
06:27 Противоастероидная защита показала высокую эффективность
07:20 Учёные научились видеть сквозь мутную среду
10:22 Лучшая новость предыдущего выпуска
Как мини-мозг научился играть в понг
Нейроорганоид — это сгусток нервных клеток, содержащий почти миллион нейронов мыши и человека, был выращен на подложке с матрицей из электродов. Электроды позволяют считывать активность нейронов и отправлять её в компьютер и получать обратную связь из компьютера. Для мозга в пробирке написали подобие классической аркады - игры Понг, но только без оппонента, со стеной. Выглядит это до боли узнаваемо. Информация о нахождении мяча подаётся на электродную матрицу с правой или левой стороны в виде электрической стимуляции. Положение сигнала говорит о положении мяча, а частота сигнала о расстоянии до него.
Ну а нейроны органоида могут реагировать, отправляя сигналы, говорящие о том, куда нужно передвинуть платформу. Локация сигналов кодирует направление движения, а частота - скорость.
Как оказалось, мини-мозги не могут играть в понг так же хорошо, как человек, но они учатся быстрее, чем некоторые виды ИИ. Иногда процесс обучения занимает всего 5 минут.
Окей, но что же с системой подкрепления? Дофаминовой системы у этого мозга просто нет. Как и любой другой системы вознаграждения. Но зато, как и любая система, этот органоид стремится к минимизации энтропии.
Исследователи сообщили, что «клеткам органоида подаётся непредсказуемый стимул, и система формирует свою активность таким образом, чтобы лучше играть в игру и минимизировать случайности. Отбивая мяч и получая предсказуемый ответ, она создает для себя предсказуемое окружение». То есть, когда мяч не отбит, органоиду подаются хаотичные сигналы, что не очень-то приятно, а если отбит - предсказуемый приятный сигнал.
У "спящих" бактерий постоянно работают датчики
Известно, что бактерии умеют переживать плохие времена, не пересекая границу, а образуя так называемые споры.
Спора в этом случае это не половая клетки, используемая для размножения, как у грибов, а скорее скафандр с очень плотной оболочкой, в который превращается бактерия. Она теряет много воды, скукоживается, и под мембраной образуется эта оболочка. В таком состоянии в неблагоприятных условиях бактерии могут находиться долгое время, десятилетиями, а в редких случаях вплоть до десятков миллионов лет, а затем расконсервироваться и продолжить жизнедеятельность, вернувшись к обычному состоянию и впитав воду.
Есть вопрос, учитывая, что все физиологические процессы бактерия в таком состоянии останавливает, остаются ли некие процессы опрашивания состояния внешней среды, работают ли какие-то датчики, подсказывающие, что пора пробуждаться?
Да, остаются. Например, споры сенной палочки, находясь, в анабиозе, работают как конденсаторы. Накопленная ими электрохимическая энергия используется для отслеживания внешних условий. Это происходит так. На внешней мембране у споры имеется определённая концентрация ионов калия. При изменении окружающей среды, например появлении питательных веществ, спора выделяет дополнительные ионы калия из ядра к мембране и происходит измерение концентрации ионов на мембране и во внешней среде. Когда концентрации достигают определённых значений, превышается некий порог, пора пробуждаться. Если же изменения незначительны, то спора продолжает спать. Т.е. спора чувствует практически все изменения, но пробуждается только тогда, когда эти изменения превысят некий порог приемлемости.
Тихоходки не стареют в криобиозе как "Спящая красавица"
Тихоходки могут выживать вообще в невообразимых ужасных обстоятельствах. Радиация, кипяток, жидкий азот, выстрел из пушки. Как говорится, подчеркните актуальные для вас угрозы. Но для того, чтобы пережить, например, космические условия, они впадают в ангидробиоз. Т.е. избавляются примерно от 98% влаги своего организма. Так вот, пока они находятся в этом состоянии - они не стареют.
Т.е. если их дегидратировать, скажем, на 20 дней, то их продолжительность жизни увеличивается тоже на 20 дней. Прекрасно. Но и холод тоже полезен для долголетия.
Криобиоз, т.е. погружение в замороженное состояние, работает точно так же. Тихоходок попеременно то замораживали до температуры -30 градусов, то размораживали и кормили. Потом цикл повторяли до тех пор, пока они не умерли. В итоге продолжительность их жизни превысила продолжительность жизни тех тихоходок, над которыми не изд.. не экспериментировали, ровно на столько, сколько они провели в криобиозе.
Шутка про сон в холодильнике всё равно не актуальна. Хотя человек, вполне возможно, тоже не стареет в криобиозе, но никого ещё не смогли из него вывести.
Противоастероидная защита показала высокую эффективность
Вы уже знаете, как человечество применило таран по отношению к астероиду. Суть в том, что после столкновения полутонного зонда с астероидом Диморфос, вращающимся вокруг другого астероида, НАСА ожидало изменения периода обращения первого вокруг второго примерно на 7 минут. После всех измерений оказалось, что период обращения изменился не на 7, а на целых 32 минуты, что значительно выше средней оценки и соответствует верхней планке расчётных моделей. То есть вся процедура оказалась крайне эффективной. Во многом в этом помогло то, что после удара из Диморфоса было выброшено большое количество вещества, образовавшего тот самый хвост на 10000 километров, который мы показывали вам в прошлом ролике. В ролике вы можете увидеть новые снимки кратера, который образовался после столкновения.
Учёные научились видеть сквозь мутную среду
Камеры, да и наши глаза, работают с прямыми лучами света при помощи системы линз. Но если между источником и приёмником находится неоднородная среда, то изображение будет размытым из-за рассеяния.
Если рассеяние не сильное, то в объектив попадает достаточное количество прямых лучей, чтобы воссоздать картину. При этом нужно, чтобы было известно либо самое искажение, либо форма объекта, либо его внешний вид. Но если много зашумляющих сигналов и среда сильно рассеивающая, то восстановление изображения это прям сложная задача.
Сложно заглянуть за туман войны… За вот такой вот спекл. Да, так называется шум, который мы видим вместо объекта. Но это реально, потому что законы рассеяния в целом не зависят от рассеивающей среды.
И тут включается эффект оптической памяти, указывающий на знаменательную корреляцию между картиной, которую образует свет, проходящий сквозь мутную среду, и узором, который получается, если ту же среду осветить с другой стороны. С практической точки зрения можно получать информацию о скрытой стороне мутной среды без непосредственных измерений. При помощи весьма затратных вычислений, инверсии автокорелляций и всего такого, можно получить данные о скрытом объекте, но только если в поле зрения нет движущихся объектов.
Для эксперимента взяли гелиево-неоновый лазер, пропущенный через вращающийся диффузор, который освещал сцену с движущимися объектами на цифровом микрозеркальном устройстве, а отраженный свет затем проходил через рассеиватель и скармливался цифровой камере. Суть нового метода в том, что применяя к изображениям сложные вычисления, в т.ч. использующие эффект оптической памяти, а конкретно - вычисления кросс-корреляций, можно, во-первых обнаружить и исключить неподвижные объекты из уравнений. Это достижимо., если вычитать из смещенной во времени автокорреляции автокорреляцию в конечный момент времени Т1. А во-вторых, можно засечь подвижный объект, если он движется полностью,а не частично. В т.ч. можно определить изменения его формы, размеров, ориентации. На полученных экспериментальных видео движущийся объект всегда находится по центру, а вокруг него изменяется обстановка. Т.е. компьютер видит сквозь мутную среду и лоцирует движущийся объект. И всё это работает с незначительными затратами вычислительных ресурсов.
Конечно, в этой методике есть ряд ограничений. Например, движущийся объект должен быть рядом с каким-нибудь неподвижным объектом. Но зато потенциально наши машины смогут прекрасно видеть в условиях тумана и других неблагоприятных условий.
Учёные обнаружили бактерию-гусеницу во рту человека. Она ползает у каждого
Это создание питается вашей едой и другими бактериями. К счастью, она безопасна для людей.
Фото бактерии Conchiformibius steedae, полученное при помощи конфокального микроскопа.(Philipp Weber and Silvia Bulgheresi)
Скорее всего, чтобы выжить в ротовой полости, бактерии эволюционировали, чтобы делиться вдоль своей продольной оси, не отделяясь друг от друга. Исследовательская группа, возглавляемая специалистом по экологическому клеточному биологу Сильвией Булгерези из Венского университета и микробным генетиком Фредериком Вейрье из Национального института научных исследований (INRS), только что опубликовала свои новые выводы в журнале Nature Communications. В своей работе они описали способ деления этих гусеничных бактерий и их эволюцию от палочковидного предка. Они предлагают установить бактерии полости рта Neisseriaceae в качестве новых модельных организмов, которые могут помочь определить новые антимикробные мишени.
Хотя во рту обитает более 700 видов бактерий, а его микробиота столь же разнообразна, как и в нашем кишечнике, мало что известно о том, как бактерии полости рта растут и делятся. Рот — трудное место для бактерий. Эпителиальные клетки, выстилающие внутреннюю поверхность ротовой полости, постоянно отслаиваются, и вместе со слюноотделением организмы, населяющие эту поверхность, будут бороться за прикрепление. Возможно, чтобы лучше прилипнуть к нашему рту, бактерии семейства Neisseriaceae выработали новый способ размножения. В то время как типичные палочки разделяются поперечно, а затем отделяются друг от друга, некоторые комменсальные Neisseriaceaeживущие у нас во рту, однако, кончиками прикрепляются к субстрату и делятся продольно – вдоль своей длинной оси. Кроме того, когда деление клеток завершено, они остаются прикрепленными друг к другу, образуя гусеничные нити. Некоторые клетки в полученном филаменте также принимают другую форму, возможно, для выполнения определенных функций на благо всего филамента. Исследователи объясняют: «Многоклеточность делает возможным сотрудничество между клетками, например, в форме разделения труда, и поэтому может помочь бактериям пережить питательный стресс».
Группа исследователей впервые применила электронную микроскопию для изучения формы бактериальных клеток семейства Neisseriaceae , которые включают две стандартные формы клеток (палочки и кокки) в дополнение к нитям, похожим на гусеницы. Сравнивая формы и геномы их клеток у Neisseriaceaeсемейства, они могли сделать вывод, что многоклеточные, делящиеся в продольном направлении бактерии произошли от палочковидных, делящихся в поперечном направлении бактерий. Более того, они могли точно определить, какие гены, вероятно, ответственны за необычную стратегию размножения. Затем они использовали методы флуоресцентной маркировки, чтобы визуализировать рост клеток многоклеточных бактерий и, наконец, сравнили их генетический состав с «классическими» палочковидными видами. Наконец, они попытались воссоздать эту эволюцию, внеся генетические изменения в палочковидные Neisseriaceae .. Хотя они не могли заставить палочковидные бактерии стать многоклеточными, генетические манипуляции привели к получению более длинных и тонких клеток. «Мы предполагаем, что в ходе эволюции в результате переработки процессов удлинения и деления форма клеток изменилась, возможно, для того, чтобы они лучше процветали в ротовой полости», — Фредерик Вейрье (INRS).
«Помимо помощи в понимании того, как эволюционировала форма клеток, многоклеточные Neisseriaceaeможет быть полезно для изучения того, как бактерии научились жить прикрепленными к поверхности животных, единственному месту, где они, как было обнаружено, встречаются до сих пор. Между прочим, половина из нас носит их во рту», — объясняет Сильвия Булгерези с кафедры функциональной и эволюционной экологии Венского университета. работал над исследованием, подчеркивает, что «расширение области клеточной биологии за счет дополнительных морфологий и симбиотических видов также имеет решающее значение для увеличения пула белков-мишеней (например, антибиотиков) для биофармацевтических приложений». , добавляет: «Эволюционный подход, подобный тому, что был использован здесь для Neisseriaceae,может пролить свет на новые, непредвиденные белковые мишени».
Источник: университет Вены
В ледниках Тибетского нагорья обнаружили десятки новых вирусов возрастом до 15 тысяч лет
Ученые проанализировали образцы льда с Тибетского плато и обнаружили в них геномные последовательности более 30 вирусов, при этом большинство ранее не были известны науке.Информация о микробах, обнаруженных в ледниках, впервые начала появляться на заре прошлого века, однако в основном ее игнорировали вплоть до 1980-х. Впоследствии ученым удалось культивировать протеобактерии, актинобактерии, фирмикуты и бактероиды — типы, доминирующие в кернах — из древнего льда возрастом более 750 тысяч лет. Хотя пока нет прямых доказательств in situ, некоторые исследования предполагают, что эти микроорганизмы сохранили свою активность, поскольку продолжили вырабатывают избыточные газы, в том числе CO2, CH4 и N2O.Большинство подобных работ сосредотачивались на микробных сообществах, а вот вирусы в ледниках находили лишь несколько раз. Сначала в ледяных кернах Гренландии обнаружили РНК тобамовируса, связанного с вирусом мозаики томата, возрастом 140 тысяч лет. Затем вирусоподобные частицы выявили во льдах на Востоке. Кроме того, древние вирусы удавалось находить в вечной мерзлоте и замороженных фекалиях животных, а также на поверхности ледников Шпицбергена.Авторы нового исследования — ученые из Центра полярных и климатических исследований Берда, Центра наук о микробиоме и с кафедры микробиологии Государственного университета Огайо (США) — применили новый «сверхчистый» метод для анализа микробных и вирусных сообществ, сохранившихся в двух ледяных кернах, которые пробурили на вершине (6710 метров над уровнем моря) и плато (6200 метров над уровнем моря) ледяной шапки Гулия на северо-западе Тибетского нагорья несколько лет назад. Результаты работы опубликовали вчера в журнале Microbiome.Ледники в этом регионе образовывались постепенно, и вместе с пылью и газами в их недрах «откладывались» вирусы. По итогу «ледяные ловушки» удерживали все, что было в атмосфере во время замерзания каждого слоя. Слои, в свою очередь, формировали нечто вроде временной шкалы, благодаря которой можно больше узнать об изменениях климата, микробах, вирусах и газах на протяжении истории.
Как оказалось, образцы с Тибетского плато насчитывают вплоть до 15 тысяч лет. Когда исследователи проанализировали лед, среди прочего в нем выявили геномные последовательности 33 вирусов: четыре из них науке известны, а 28 посчитали уникальными. При этом концентрации были намного ниже, чем в океанах или почве. Поскольку у вирусов отсутствует единый универсальный ген, таксономию новых инфекционных агентов определяли путем сопоставления общих наборов генов с геномами 2304 известных вирусов. Обнаруженные вирусы, скорее всего, произошли из почвы или растений, а не от животных и людей.«Эти вирусы могли бы процветать в экстремальных условиях, — отметил Мэтью Салливан, соавтор исследования. — У них есть генетические сигнатуры, которые помогают заражать клетки в холодных условиях. Их нелегко извлечь, поэтому новый метод, вероятно, поможет найти аналогичные генетические последовательности в других экстремальных условиях — на Марсе или на Луне, например, либо в пустыне Атакама».
Ответ на пост «Красавчик!!!»
Место Нelicobacter pylori и дисбактериоза гастродуоденальной зоны в этиологии и патогенезе язвенной болезни и хронического гастрита
В.В. Чернин1, В.М. Бондаренко2, С.Н. Базлов1
1 - Тверская государственная медицинская академия,
2 - НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи, г. Москва
Введение
С момента открытия H.pylori сформировалась точка зрения, что этот условно-патогенный микроорганизм многочисленной мукозной микрофлоры может приводить к инфицированию слизистой оболочки гастродуоденальной зоны (ГДЗ) и иметь ведущее значение в развитии хронического гастрита (ХГ) и язвенной болезни (ЯБ). Однако многолетнее использование антихеликобактерной терапии при лечении этих заболеваний не привело к их снижению и стали одной из причин развития дисбактериоза.
Цель
Выяснить частоту встречаемости H.pylori и дисбактероза ГДЗ и место их в развитии и течении ЯБ и ХГ.
Материал и методы исследования
Обследовано 50 здоровых лиц, 130 больных Ж и 46 - ХГ. Помимо изучения морфофункционального состояния желудка и двенадцатиперстной кишки у пациентов в динамике изучался количественный и качественный состав мукозной микрофлоры ГДЗ
Результаты исследования
Рецидив ЯБ и обострение ХГ в 100% случаев сопровождаются дисбактериозом с избыточным ростом свойственной и несвойственной биотопу мукозной микрофлоры в ГДЗ с существенным уменьшением встречаемости H.pylori. Включение в комплекс терапии рецидива ЯБ антибактериальных средств, соответствующих эрадикационной терапии H.pylori 1 линии несколько сокращает сроки достижения клинико-эндоскопической ремиссии и ликвидации дисбактериоза, а рубцевание язв происходит как в присутствии хеликобактерий, так и в их отсутствии, что исключает их самостоятельное значение в развитии заболевания. Назначение препаратов с пробиотическим действием способствует восстановлению нормомикро-биоценоза и существенно сокращает сроки лечения.
Заключение
Рецидив ЯБ и обострение ХГ сопровождаются дисбактериозом мукозной микрофлоры ГДЗ, усиливающим активность ульцерозного и гастритического процессов. Хеликобактерии не имеют самостоятельного значения в развитии этих заболеваний.
Лучшие научные снимки марта. Нано небоскребы
Используя 3D-принтер, исследователи построили крошечные башни для бактерий, создав систему, которая может генерировать электричество из солнечного света и воды.
Крошечные столбики, окрашенные в зеленый цвет на этом электронно-микроскопическом изображении, имеют высоту всего 600 микрометров и имеют разветвленную, плотно упакованную структуру, обеспечивающую поверхности для роста бактерий. Они сделаны из наночастиц оксидов металлов, так что они могут действовать как электроды, собирающие отработанные электроны, которые бактерии генерируют во время фотосинтеза. «Электроды обладают прекрасными свойствами обработки света, как многоэтажная квартира с большим количеством окон», — говорит ведущий автор Дженни Чжан, бионеорганический химик из Кембриджского университета, Великобритания
Уровни (без)опасности биологических лабораторий
В комментариях к моим постам "Ужасные" бактерии из списков на уничтожение и Зачем уничтожают микроорганизмы в лабораториях и постам со схожей тематикой были упомянуты уровни лабораторий и уровни опасности микробов. Я решил, что будет полезно разъяснить для неспециалистов, что это такое и стоит ли выжигать ГРАДами места, где работают украинские микробиологи.
Чтобы иметь точку отсчёта, опять обратимся к спискам микроорганизмов, уничтоженных в украинских лабораториях. Баянометр меня уже нежно любит за эту картинку, но это единственный список, вызывающий доверие.
Специально для @Xellmod напоминаю ссылку на списки: https://tass.ru/armiya-i-opk/13987899?utm=
Я уже писал про бактерий, указанных в акте на уничтожение: "Ужасные" бактерии из списков на уничтожение
Сейчас нам надо знать, что все эти бактерии относятся к уровню (без)опасности 1 или 2. Всего уровней четыре. Уровень 4 - самый (без)опасный. Кстати, я использую тут эту странную конструкцию с (без)опасностью намеренно. В отечественной традиции принято говорить об уровнях опасности биологических объектов; в западной традиции говорят об уровнях мер безопасности при работе с этими объектами. В остальном все очень схоже. Так что для нас важен будет только номер уровня.
Я намерен дать вам в прямом смысле кухонную аналогию для понимания опасности микробов из списка. Вы когда-нибудь готовили дрожжевое тесто? Если да, то у вас на кухне есть пекарские дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Это микроорганизм первого уровня (без)опасности. Удивлены, что вы работаете с объектом, у которого есть классификация (без)опасности? Я вас ещё больше удивлю: эти самые дрожжи могут заражать людей и крайне сложно лечатся. Но есть тонкость: дрожжи поражают только людей с дефицитом иммунитета. И всё же. Вы кладете в пироги микроорганизм, который хочет вас убить. Просто не может. Поэтому уровень 1.
Перейдем на уровень 2. Для этого переместимся в ... туалет. Каждый раз, когда кто-то идёт в туалет по-большому, этот кто-то сталкивается с кишечной палочкой Escherichia coli, покидающей организм хозяина вместе с каловыми массами. Эта бактерия относится к уровню (без)опасности 2. Задумайтесь: вы каждый день имеете дело с патогеном второго уровня, и побеждаете его с помощью туалетной бумаги, воды и мыла.
Повторюсь: все бактерии из растиражированного российскими СМИ списка относятся к уровням 1 и 2. Мне совершенно непонятно, кому пришла в голову идея подать это как доказательство разработки биологического оружия.
PS. Все аналогии в посте не имеют цели оскорбить микробиологов, работающих в украинских лабораториях. Эти люди делают важную работу по изучению санитарно-эпидемиологической обстановки в стране. Меня коробит от желания российских чиновников, генералов и СМИ сделать из них монстров, клепающих биологическое оружие.
"Ужасные" бактерии из списков на уничтожение
Продолжу свой предыдущий пост Зачем уничтожают микроорганизмы в лабораториях разбором списка бактерий, замученных в украинских лабораториях.
Напоминаю, вот он, этот список:
Из-за частичных повторов в левом и правом списках, а также из-за своей лени разберу только список слева. Должно хватить для понимания общей картины.
Номера 1, 2, 4, 5. Это Corynebacterium diphtheria - возбудитель дифтерии. Неприятная штука, но подавляющее большинство людей в странах с более-менее развитой медициной прививаются от нее в младенчестве. Все остальные могут быть вылечены антибиотиками даже самого первого (старого) поколения, такими как пенициллин.
Номера 3 и 6. Тот же род бактерий, но другие виды. Могут вызывать заболевания только у пациентов с предварительно "убитым" иммунитетом (как последствия химио или лучевой терапии). В НОРМЕ присутствуют у большинства людей на коже и в ротовой полости. C. pseudosiphtericum вообще входит в списки пробиотиков.
Номер 7. Bacillus liheniformis. Непатогенен за исключением редчайших случаев в иммунно скомпрометированых пациентах. Используется как пробиотик для скота. В норме живёт на перьях птиц, в основном, уток и воробьев. Ими же и питается. (Перьями, а не птицами.)
Номер 8. Bacillus stearothermophilis. Непатогенен вообще. Основная его "роль" - гнилостное разложение молока и молочных продуктов.
Номер 9. Staphylococcus aureus. Золотистый стафилококк. Возбудитель заболеваний, в основном кожных, в основном у людей с подавленным иммунитетом. В норме порядка 20% людей постоянно живут с этим микроорганизмом на своей коже (бессимпномно). Ещё у 30% людей он присутствует временно.
Номер 10. Escherichia coli. Кишечная палочка. Разобрана мной в предыдущем посте. Присутствует в кишечнике у всех людей.
Номер 11. Pseudomonas aeruginosa. Присутствует повсеместно в грязной воде, почве и т.п. Вызывает разнообразные заболевания, в основном у лиц с ослабленным иммунитетом. Часто вызывает нагноения при ожогах и отитах.
Номер 12. Klebsiella pneumoniae. Возбудитель пневмоний, также поражает другие органы, в основном у лиц со сниженным иммунитетом. Присутствует повсеместно в почве и грязной воде. Является азотфиксатором и представляет интерес для сельского хозяйства.
Вот таким вот биологическим "арсеналом" российские СМИ пугают нас всех. Если вы после часика копания на грядке помоете руки в тазике с водой, то почти гарантированно все микробы из списка будут в этом самом тазике. Можете открывать магазинчик биооружия. При больших заказах - шапочка из фольги в подарок!