Микромир
Предисловие
Здравствуйте, читатели. Ранее я пытался в твердую НФ про попаданцев в космосе, однако оценив по комментариям, обрушенным на меня с конструктивной критикой, я понял, что в никакую твердую НФ без основательного разбирательства в теме я не смогу. А потому я подумал, что писать надо про то, в чем разбираешься. Я по профессии биотехнолог. Ну либо молекулярный биолог. Ну почти, студент пока. Так или иначе, что-то в этой стези. Причем начитавшись в последнее время разнообразных фентези, я также подмешаю это в рассказ. Прошу воспринимать это как фантастику. Безусловно, относительно биологии микромира есть множество исследований, изучений. Однако это слишком узкоспециализированные вещи, их необходимо долго и целенаправленно искать. Ввиду этого некоторые процессы я буду описывать чистой отсебятиной наиболее красочно.
Микромир
Пролог.
История, которую вы сейчас узнаете, держу пари, будет самой удивительной для вас. История о том, как человек впервые не заглянул глазом, увеличенным во много раз, через око микроскопа, а непосредственно посетил и познал то, о чем ранее можно было только мечтать.
Глава 1.
Виктор Иванович, 57-летний заведующий отделом специальных микробиологических разработок секретного института, был человеком по натуре общительным и открытым, увлекающимся и позитивным. Потому строгие правила секретности разработок его отделения он не мог обсудить с родными, близкими или друзьями. На вопросы детей о том, кем папа работает, он обычно весело отмахивался: "Да так, размножаю бактерий, выделяю из них полезные белки, векторы, плазмиды, навроде как фермер какой-нибудь коровок доит".
На самом же деле отдел Виктора работал над уникальной установкой управления нанороботом от первого лица, сравнимого с размером мельчайших живых частиц, обладающего прямой связью с мозгом человека. После прорыва в производстве биосовместимых клеточных проводов, соединение мозга с компьютером представляло из себя общедоступную, дешевую и удобную технологию. Параллельно, создание нано- и микророботов сопоставимых по размерам с средним размером бактерий, сделало серьезные шаги вперед за последние 20 лет.
***
- Сегодня - подумал Виктор Иванович - сегодня первое настоящие испытание... Очень надеюсь, что труды наших последних пяти лет не пропадут, как пять предыдущих.
- Добрый день, Виктор Иванович - кивнул молодой аспирант, проходя мимо - удачи вам сегодня. Большой день!
- Спасибо, Леша, спасибо. И вправду, большой день!
В испытательной камере, переоборудованной из старого склада барахла в закромах НИИ, уже все было подготовлено к началу. Вокруг горели лампы специального зеленого цвета разных оттенков, различные микроскопы с видеокамерами были направлены на чашку Петри, в которой уже была подготовлена вся необходимая микрофлора и микрофауна на твердой питательной среде. Уникального биомикроробота, габаритами не превышающего четыре микрометра, уже поместили в чашку на чистое место неподалеку от колонии бактерий.
- Ну как, вы готовы? - девушка в свето-лиловом халате держала в руках шлем FPV полного сопряжения.
- Да, Надя, готов. И пусть у нас все получится! - улыбнулся он.
- Конечно получится!
Виктор Иванович лег на удобную кушетку, одел шлем, подсоединил шлейф проводов к своему разъему, скрывающемся под крыжечкой цвета кожи за ухом, устроился по удобнее и расслабился.
- Виктор Иванович, мы будем внимательно наблюдать за вами... то есть за роботом. Напомню еще раз все меры предосторожности. Учитывая что у вас с ним будет полноценная нейронная связь, вы будете чувствовать все, что чувствует он, видеть, слышать, ощущать. Если с вами там что-то будет происходить, угрожающее жизни бота, вами необходимо все четыре лапки резко поджать к центру брюшка - это будет сигналом аварийного выхода из нейросимбиоза. Также и другие сигналы. Коли (Escherichia coli - кишечная палочка - прим. автора) у нас конечно очень медленные и спокойные, как беременные коровы, но тем не менее - изгиб задней левой лапки на 180 в обратную сторону...
- Да-да-да, знак критической опасности, я помню! Либо какой другой ножкой, если потеряю эту. Также вращение по часовой правой передней лапкой - текущее исследование. Однократное вращение против часовой - исследование успешное, по - неуспешное. Поднятие правой лапки под углом 45 к горизонту означает - все окей. И все остальное я прекрасно помню, спасибо, Ваня.
- Ну ладно тогда, раз вы все знаете - проворчала Надя - запускаемся.
Глава 2.
Первое что он почувствовал, так это необычайную пустоту, простор, слепящие зеленые солнца со всех сторон, дуновение ветра. Казалось, на многие километры вокруг тянется эта твердая сахаристая пустыня. Три солнца на деле, весьма разных цветов, слепили визуальные датчики... вернее слепили глаза. Ведь это уже были его глаза. Он огляделся: где то вдалеке были горы, холмы, с другой стороны находились равнины и впадины, где то далеко возвышалась пластиковая стена, уходящяя в далеко в небеса.
Он аккуратно попробовал подвигать конечностями - все прошло без нареканий. Ну что же, подумал он.
Приступим.
Выбросив предварительно правую лапку вверх в условном знаке, он начал двигаться в сторону соседнего сектора с еколями.
Вот же как удивительно получается - думал он - человечество так было одержимо космосом, стремилось познать тайны макромира, но так ничего и не добилось. А вот микромир, лежащий везде вокруг нас, доступный и удобный для изучения, на удивление, почему то такого интереса для моих коллег из прошлого не представлял...
Тук-цок, тук-цок. Термодатчики на спинке начали сигнализировать о том, что поток фотонов от ламп все таки слишком плотен... то есть, солнышки припекает, становится жарковато, черт дери этих китайцев со своими светодиодами... Блин, а на этот случай условного знака то у нас и нет, чтобы они притушили свои адские звезды...Надо будет запомнить, чтобы придумали.
Вдруг, сквозь мутный полупрозрачный затвердевший раствор агара, он различил вдали черную широкую полосу тени, падающей с неба плотной завесой.
Мать твою, а это еще что такое? Эй, вы там... а, черт, - чертыхнулся он - это же полоска от фломастера, граница сектора еколей. Первая колония, насколько я помню, должна быть где-то недалеко...
И она была. Огромные горы, которые он заприметил в самом начале, на поверку оказались огромной горой бактерий, лежащих вперемешку и медленно сокращающих свои тельца, пытающимися двигаться, вращая протонными жгутиками (сильно упрощая - работа жгутика основана на взаимодействии отрицательных и положительно заряженных частиц - примерно, как электромотор - прим. автора).
В общем у него, как настоящего исследователя, захватило дух, от того, что он увидел. Эти кишечные палочки при крупном представлении выглядели как огромный живой кусок докторской колбасы. Он видел, как в результате хемотаксиса(реакция бактерий на хим. раздражители) они буквально "вгрызаются" в питательную среду, активно поедая ее, удлиняясь и делясь. Сквозь прозрачные стенки он видел, как внутри них плавают плазмиды и основная кольцевая РНК, как плавают внутри них различные крупные белки, медленно переваривающие различные органические частички, в основном аминокислоты и сахара, добытые из питательной среды, видел как плавают органеллы, как шевелятся, соединяясь, пили, передавая генетический материал. Он знал про все это, но никогда не видел, и теперь завороженно наблюдал.
И тут внезапно он почувствовал в своей голове Присутствие. Сначала мысль, образом, затем все более четкий мысленный силуэт... и вот он фактически видит себя.
Кто.? Ты.? - нет, это был не вопрос в классическом понимании. Он не был задан каким то языком, членораздельной речью, звуком или еще как иначе. Он просто сформировался в его голове - точнее, голове биобота. Скорее это он, по своей человеческой привычке, неосознанно интерпретировал принятый сигнал в слова.
Я пришел, чтобы изучить вас. - он почему то сразу решил, что это именно бактерии к нему обращаются.
Что. Нас. - утверждение, не вопрос. Что. Ты. Хочешь. Знать?Все. Я хочу знать все. Как вы устроены, какие механизмы движут вами...
Зачем. Ты.? - сформировался новый вопрос.
Ради того, чтобы производить лекарства, на основе которых...
Что.? Это.? вновь мутный образ, ничего определенного - конечно, очевидно, колония бактерий, ни откуда не может знать в принципе, что такое лекарство - подумал он. - Диалог с простейшими академику РАН вообще то должен быть унизителен, к тому же, общаться с ними видимо возможно лишь посредством образом. Да блять, я что с катушек поехал? Почему я вообще разговариваю с бактериями? - решив, что с него на сегодня достаточно, он скрестил четыре лапки на брюшке. Однако за мгновение до выхода его догнал еще одна череда образом, на удивление уже более длинная:
Мы. Мыслим. Вместе. Чем. Больше. Нас. Тем. Сильнее. Мыслим.
***
Очнувшись в лаборатории, Виктор Иванович, отсоединил кабель и задумчиво уселся на койке. На вопросы ассистентов он не обращал внимания - отмахнулся. Не до них.
Мы. Мыслим. - неотступно преследовали его слова колонии простейших...
Спасибо за внимание!
Продолжение следует? Или нет? Все зависит от вашей реакции
Еженедельный дайджест новостей науки: Универсальные антитела, синтез бактериофага и видео зарождения кристалла
Продолжаем выбирать самые интересные, на наш взгляд, новости из мира науки за прошедшую неделю.
В этом выпуске: На какие компоненты можно разложить микропластик; синтез бактериофаг с урезанным геномом; зарождение кристалла впервые засняли на видео; универсальные антитела против коронавируса; можно ли поймать убийцу по его мыслям и уникальная пересадка сразу двух рук.
Содержание ролика:
01:23 Микропластик научились разлагать на воду и углекислый газ
04:05 Ученые впервые синтезировали бактериофаг
06:55 Ученые впервые увидели зарождение кристалла
09:24 Создано универсальное антитело против коронавируса
10:22 Дубайские полисмены впервые поймали убийцу по "отпечатку памяти"
12:27 Первая в мире пересадка обеих рук
(все ссылки на пруфы и исследования под роликом на ютубе. Короткая текстовая версия ниже)
Микропластик научились разлагать на воду и углекислый газ
Микропластик это частицы размером около нескольких десятков микрометров. Они натерлись из обычных пластиковых отходов и проникают сквозь промышленные системы фильтрации без особого труда. Его нашли даже в Антарктиде и в воздухе над океанами.
Некоторые промышленные фильтры еще и дробят микропластик еще сильнее, а потом выпускают это всё в водоёмы. Поэтому для очистки воды вместо фильтров ученые попробовали использовать силу тока.
Всё просто, воду можно очистить при помощи окисления. Работали с полистиролом, а это, как известно, полимер, состоящий из углерода и водорода. Он в общем случае не особо вреден, а некоторые насекомые даже поедают его без последствий, но в любом случае это лишний элемент в питьевой воде и наших желудках.
Не будем пытать вас тем, как ученые обнаружили оптимальный рецепт, просто расскажем, как сделать установку, которая будет прямо на ваших глазах очищать воду от взвеси полистирола, а точнее разлагать его на углекислый газ и воду.
Для начала приготовьте суспензию из воды и микрочастичек полистирола, 25 микрометров в диаметре будет самое то, 100 миллиграммов на литр для эксперимента. Затем добавьте электролит - самый лучший это сульфат натрия - Na2SO4, нужно три сотых моль на литр. Продается в мешках. Теперь нужны анод и катод - наши электроды для пропускания тока, учтите, что лучше всего ток в 9 ампер. На аноде будут образовываться активные радикалы, которые и начнут окислять полистирол до воды и СО2, а сульфат-ионы из электролита еще и добавят окисления. Лучший материал для анода - это допированный, или даже уместнее будет сказать легированный, бором алмаз. Если вдруг не нашли, чуть хуже будет работать оксид иридия. Можно взять вот такие титановые электроды с покрытием из него. За 6 часов электролиза 89% микрочастиц буквально растворились, и это очень хороший результат. Специально проверили, ситуация с фильтрами, дробящими пластик на еще более мелкие частицы, не повторилась - все просканировали - частицы на самом деле исчезли, а не уменьшились. В общем, можно в промышленность внедрять.
Ученые впервые синтезировали бактериофаг
Тема с устойчивыми к антибиотикам бактериями важная, причем настолько, что ВОЗ отдает ей один из высших приоритетов. Поэтому модернизация бактериофагов притягательна для ученых. Но что лучше всего поддается модернизации как не искусственные объекты? Португальские ученые тоже так решили и создали первый в мире синтетический бактериофаг.
Собственноручно сконструированный геном легче модифицировать и собирать по модульному принципу. Тренировались на природном фаге PE3, который умеет поражать синегнойную палочку в 7 случаях из 28. Его геном состоит из 43 тысяч нуклеотидных оснований, и, скорее всего, в нем есть 55 участков, кодирующих белки. 30 белков понятных, а 25 не очень-то. Ученые решили удалить эти участки вслепую, и по изменению функционала фага понять, что же удалять было нельзя. Кодирующие участки в количестве 30 штук, которые прозрачны, понятны и необходимы - оставили.
При помощи дрожжевых культур ученые синтезировали бактериофагов с облегченным геномом и опробовали их на синегнойной палочке. Синтетические фаги с удаленной второй группой участков, заразили те же штаммы палочки, что и природный фаг, не растеряли убийственных свойств и даже размножались так же хорошо. С удаленной первой группой и сразу двумя группами фаги работали гораздо хуже, но все равно были достаточно жизнеспособными. Потом фагов опробовали на насекомых, инфицированных супербактерией, и терапевтический эффект был ощутим.
Конечно же, довольно быстро возникали мутантные особи бактерий, устойчивых к фагам, но мы помним, что универсальной защиты у бактерий скорее всего нет, и они вполне могут стать уязвимыми для обычных антибиотиков. Так что первая синтетическая немного подрезанная (до 48%) функционирующая почти-что жизнь создана.
Ученые впервые увидели зарождение кристалла
Мы знаем, как растут кристаллы и хорошенько изучили процесс образования упорядоченной трехмерной решетки из газов, растворов или аморфных состояний веществ. Но как зарождается кристалл, мы знаем только в теории и никогда не видели этого процесса. Во-первых, как путь в тысячу лиг начинается с одного шага, так и кристалл зарождается с одной молекулы, к которой присоединяется вторая-третья, и так далее слоями, и в каком месте начнется это случайное самозарождение, спровоцированное какой-нибудь пылинкой - предсказать невозможно. А во-вторых, на это случайное место нужно навести чувствительную оптику с разрешением на уровне опять же молекулы или атома.
Ученые из Токио смогли заснять появление зародыша кристалла соли на видео при помощи просвечивающего электронного микроскопа, с атомным разрешением.
Чтобы точно знать место зарождения, его ограничили конической нанотрубкой, почти целиком входящей в поле зрения микроскопа. В неё залили раствор поваренной соли, Натрий Хлор, а затем высушили его вакуумом. После высыхания хаотически расположенные молекулы соли в узком конце трубки спонтанно собирались в зародыши кристалла, росли и из-за своего размера вытеснялись в более широкую часть трубки (подробнее смотрите в видео).
Видно, что молекулы изначально находились в неупорядоченном состоянии, которое сменилось полуупорядоченным. Из полуупорядоченного, так сказать, предзародышевого состояния у молекул было два выхода - распасться или пойти по пути фазового перехода, кристаллизоваться и сформировать зародыш. Кубические кристаллы из десятков молекул натрий хлор. И, кстати, частота зарождения и распада отвечала нормальному распределению.
В общем, подтверждены аспекты теории - предварительное полуупорядоченное состояние молекул и случайность, стохастичность, процесса. В дальнейшем ученые хотят добраться до углерода и изучить полиморфизм при образовании кристаллов графита и алмазов. А вообще - это полезные знания и для электроники, и для фармацевтики.
Универсальное антитело против коронавируса
Медики сообщают, что сотворили универсальное антитело, которое сможет защитить не только от ковид-19, но и от его мутаций, родственников и знакомых.
Мутации вируса заставляют задуматься о том, насколько эффективны вакцины, и подталкивают к разработке антител широкого спектра действия. Дело в том, что вакцины чаще всего целятся на те участки вируса, которыми он прикрепляется к клетке. Это RBD - region binding domain. Вот он и меняется так, что вирус потом не распознать. Одно из таких антител - ADG-2 - оказалось способным соединяться с тремя десятками вариаций SARS-СoV-2, у которых RBD весьма различаются. Да и даже к вирусам родственных семейств. Вот такие антитела широкого профиля, как ADG-2, вполне могут стать основой для универсальных вакцин.
Дубайские полисмены впервые поймали убийцу по "отпечатку памяти"
Смысл такой - шло расследование убийства на одном из складов, и было несколько подозреваемых, среди тех, кто на этом складе работал. К обычным допросам добавили необычный метод, чем-то схожий с обработкой главного героя Заводного апельсина.
Им показывали кадры с места преступления, связанные с ним или очень похожие на него, а иногда показывали орудие убийства, похожие на него предметы или какие-то другие улики. А вместо передачи в мозг сигналов их считывали при помощи электроэнцефалографии. И если на конкретных кадрах, имеющих непосредственное отношение к делу, активность мозга изменялась, то вероятнее всего этот человек видит их не впервые и вообще убийца.
И такой человек с пиками мозговой активности на особых кадрах нашелся среди подозреваемых. Ему предъявили сей факт, и под впечатлением от доблести полиции и особых кибертехнологий тот не стал отпираться.
Конечно, технологию отпечатка памяти обкатывали целый год до этого, но в реальном деле дубайские полисмены применили её впервые. Волна, которую регистрировали при помощи электродов в надеваемой шапочке - это P300, так называемый вызванный потенциал P300, он связан с узнаванием различных предметов, людей или ощущений.
Вообще, это довольно старый метод, его в помощь к основным методам использует полиция Индии, он применялся в штатах в 1999 году против одного серийного убийцы - Джея Би Грайндера. Но интересен сейчас он прежде всего тем, как скоро он войдет в общепринятую практику, и насколько просто такие волны можно будет подделать. Причем с обеих сторон. Есть история использования - по ссылке в описании.
Первая в мире пересадка обеих рук
Еще стоит обратить внимание на первую в мире пересадку обеих верхних конечностей исландскому электрику, потерявшему два десятка лет назад обе руки и плечи из-за сильного удара током, 11 тысяч вольт. Он пролежал три года в коме, потом подсел на наркотики, а потом понял, что надо брать судьбу в свои… в общем стали искать донора. И через много лет его нашли. За 14 часов несколько бригад хирургов, 50 человек, трансплантировали обе руки и плечи. Пока не ясно, как прошла операция, подвижность еще предстоит оценить. А реабилитация займет три года.
Ученые: кошачьи царапины могут вызвать психические заболевания
Специалисты утверждают, что бактерия бартонелла, носителем которой являются домашние животные, может вызвать у человека поражение нервной системы и кожи.
Фото: iStock.com
Укусы и царапины кошек могут привести к психическим заболеваниям и поражениям кожи, сообщает Medical Xpress. К таким выводам пришли исследователи из Университета штата Северная Каролина.
Дело в том, что домашние животные, в том числе кошки, являются носителями бактерии бартонелла (Bartonella henselae). Она может передаваться людям и вызывать у них «болезнь кошачьих царапин». Но новые данные показали, что также она может стать причиной психоневрологических расстройств.
В целях эксперимента ученые обследовали группу из 33 человек, которые страдали депрессией, повышенной тревожностью, мигренью и бессонницей. У 29-ти обнаружили в организме бартонеллу. А у 24-х из них были еще и кожные повреждения, похожие на растяжки.
В другом случае бартонелла была выявлена у подростка, у которого изначально наблюдались симптомы шизофрении. Однако так называемая «шизофрения» прошла после лечения антибиотиками.
Специалисты пришли к выводу, что в обоих этих случаях на психику людей повлияла Bartonella henselae. Они собираются продолжать исследования.
Источник: plus-one.ru