Когда биологи открывали клетку в XVII веке, они не задумывались о том, что это такое, и как ее отличить от неживой материи. Тогда было важно постулировать, что клетка может образовываться только от клетки, в противовес разным спекуляциям о самопроизвольном возникновении жизни из грязи. И клеткой называли мельчайшую видимую составляющую любого организма. Сейчас же ситуация строго обратная: ни у кого не вызывает вопросов, из чего состоят живые существа. Вместо этого мы пытаемся применить прием, запрещенный еще три с лишним столетия назад, и собрать клетку из грязи, а точнее из подручных веществ.
Так что же такое клетка?
Начнем с того, что не любая мельчайшая составляющая даже человеческого организма является клеткой. Например, то из чего состоит поверхностный слой кожи, — уже не клетки, а постклеточные структуры, в них нет ядра и они не живые. Та же история с безъядерными эритроцитами и тромбоцитами, которых иногда продолжают по инерции называть клетками крови. Наличие ядра, впрочем, тоже не является критерием клетки — его опровергают бактерии. Можно тогда предположить, что клетка — это как минимум мембранный пузырек с каким-либо наследственным материалом внутри. Но в таком случае в категорию клеток попадут и экзосомы — мембранные пузырьки с белками и нуклеиновыми кислотами, с помощью которых клетки общаются друг с другом. Наконец, даже если мы как-то сможем определить клетку животного, с нами не согласятся ботаники, потому что у растений все совсем не так. Большая часть клеток растения соединена друг с другом цитоплазматическими мостиками, при этом в некоторых из них может не быть ядра — оно вынесено в соседние клетки. Грубо говоря, иногда все растение целиком представляет собой одну-единственную клетку в нашем классическом понимании.
Наличие границ (компартментализация). Во-первых, клетка должна быть изолирована от окружающей среды. Во-вторых, она должна быть разделена на внутренние зоны, компартменты. Какую бы самую простую клетку мы ни взяли, даже мельчайшую бактерию, у которой нет никаких органелл и внутренних перегородок, все равно ее цитоплазма будет неоднородной. Это необходимо для того, чтобы участники химических реакций скапливались в одном месте и не расплывались по клетке; в противном случае обмен веществ не будет эффективным.
Самодостаточный обмен веществ. Искусственная клетка должна уметь самостоятельно получать энергию и использовать ее для своих внутренних нужд. Питательные вещества могут поступать извне, но весь процесс их захвата, получения энергетического эквивалента и его расхода должен происходить автономно.
Система передачи информации. В клетке должна быть заложена самовоспроизводящаяся информация о ее строении (обычно мы подразумеваем под этим молекулу ДНК или РНК, но кто знает, какие еще возможны варианты). Наличие этого минимального набора свойств позволяет нам считать искусственную клетку живой. Но для ее дальнейшего существования необходимо добавить еще два:
Рост и размножение нужны, соответственно, чтобы численность популяции не сокращалась), а адаптивность — чтобы выжить в изменяющихся условиях окружающей среды.
Научно-фантастическое будущее все ближе. Искусственные органы заменяют настоящие, а искусственный интеллект обыгрывает чемпионов. 18 лет назад на Седьмой Конференции по Искусственной Жизни ученые сформулировали 14 этапов, которые им предстоит преодолеть на пути к созданию, собственно, искусственной жизни. Первый из них — создание примитивного протоорганизма in vitro.
От сложного к простому
Когда ребенок ломает игрушку, пытаясь понять, что у нее внутри, или отрывает лапки комару, он не просто хулиганит — он определяет минимальные необходимые свойства системы. Некоторые ученые, разбираясь с тем, что же это значит, «живая клетка», используют тот же самый подход, его еще называют top-down — от сложного к простому. Сейчас ученые, его придерживающиеся, работают в основном над упрощением генома: пытаются получить минимальный геном, кодирующий только жизненно необходимые клетке белки.
Так, в 2014 году удалось очистить одну из хромосом дрожжей от ненужных последовательностей. Сначала последовательность хромосомы секвенировали, а потом синтезировали ДНК с нуля. При этом за бортом остались транспозоны (мобильные элементы, остатки вирусов), субтеломерные (концевые) области хромосомы, интроны (некодирующие области генов), повторы ДНК и т. д. «Очищенная» хромосома получилась на 14% короче оригинала, но при этом полноценно работала в дрожжевых клетках.
Аналогичная судьба постигла бактерию Mycoplasma mycoides. Бактерии этого рода известны своими небольшими геномами — многие из них стали паразитами и потеряли часть ненужных генов. В 2010 году ученые полностью воспроизвели их геном и заменили хромосомы бактерий на искусственные. Газеты тогда писали о том, что «создана первая искусственная клетка», объясняя это тем, что впервые клетка управляется молекулой ДНК, полностью синтезированной вручную.
От простого к сложному
Пока одни ученые разбирают одноклеточных организмов, другие пытаются собирать клетки с нуля. Это другая крайность — подход bottom-up. В некотором роде, это попытка воспроизвести в лабораторных условиях ранние этапы возникновения жизни, когда она представляла собой лишь скопления самовоспроизводящихся молекул.
Мы давно умеем собирать мембранные пузырьки (липосомы), и в некоторых случаях удалось даже воссоздать мембрану клетки. Более сложная задача — создать систему пузырьков-компартментов, в каждом из которых происходили бы разные химические реакции. В 2014 году удалось собрать такую систему из пластика: один пузырек поглощал вещество извне и превращал в другое, затем сквозь полупроницаемую мембрану продукты переходили дальше, и так по цепочке, пока не получалось светящееся соединение, сигнализирующее об успехе операции.
Также мы умеем делать эти компартменты совместимыми с живыми системами. В марте этого года на свет появилась первая искусственная органелла — мембранный пузырек с порами, проницаемость которых регулируется концентрацией веществ в клетке. Внутри пузырька заперта пероксидаза хрена, которая окисляет поступающие внутрь вещества. Вся эта конструкция оказалась жизнеспособной и функциональной, будучи подсажена внутрь зародыша рыбы.
Следующий шаг — воспроизвести систему захвата и извлечения энергии из окружающей среды. Это оказывается сложнее, так как нужен не только фермент, производящий реакции, но и система восстановления этого фермента. Такую конструкцию ученые собрали только этим летом, однако систему восстановления все равно пришлось позаимствовать у кишечной палочки, самостоятельно мы пока их строить не умеем.
Третий пункт — информационную систему — удалось собрать буквально месяц назад. Правда, о целых хромосомах речь пока не идет. На данном этапе это просто молекула ДНК, кодирующая фермент, который копирует ДНК. Система пока работает только в пробирке, зато автономно.
Четвертый пункт — размножение и рост — пока удается воссоздать только в случае мембранных пузырьков. Новые липиды (составляющие мембран) встраиваются в готовый пузырек, а когда он вырастает слишком большим, поверхностное натяжение ослабевает, и он распадается на два маленьких. Однако целенаправленное размножение с честным делением (как в любой клетке) пока никому воспроизвести не удалось.
Таким образом, в лабораториях искусственной жизни на данный момент существуют только конструкции, обладающие отдельными свойствами живых клеток. Следующий шаг — научиться соединять их в комбинации свойств (например, деление на компартменты плюс автономный обмен веществ). И только в последнюю очередь можно будет говорить об адаптивности полученной системы и ее способности эволюционировать — чтобы адаптироваться к условиям среды, система должна быть как минимум автономной.
Джеймс Феррел и Сяньчжуй Ченг из Стэнфордского университета в США смогли впервые определить скорость клеточной смерти. Исследование опубликовано в журнале Science.Ученые выяснили, что смерть клетки начинается с повреждения одного из ее участков, которое приводит к высвобождению химического вещества, так называемого "сигнала смерти". Это вещество запускает "триггерную волну", или цепную реакцию, которая постепенно затрагивает другие участки клетки, высвобождая там такие же "сигналы".
Кроме того, после смерти одной клетки этот процесс продолжается и в соседних клетках. По словам ученых, "триггерная волна" будет распространяться до тех пор, пока в организме не закончится "сигнал смерти", то есть до его полной гибели.Скорость этой "волны" ученые и назвали скоростью клеточной смерти, которая составляет 30 микрометров в минуту (1,8 миллиметра в час).По мнению исследователей, это открытие позволяет понять, как заставить раковые клетки убивать себя или как предотвратить гибель клеток, например, при болезни Альцгеймера или мышечной дистрофии.
Новое достижение в электронной микроскопии потенциально может быть использовано для изучения живых клеток, не повреждая их.
Исследователи разработали новый подход к электронной микроскопии – он не только позволяет увидеть отдельные атомы, но и в то же время узнать о некоторых их свойствах. Технологию назвали EMPAD (electron microscope pixel array detector). Технология, разработанная в прошлом году, может делать гораздо больше, чем просто показывать отдельные атомы – ее использовали для изучения двух слоев дисульфида молибдена толщиной в один атом каждый, расположенных слегка наискось один над другим, чтобы можно было без труда рассмотреть каждый их атом. EMPAD достигла рекордного разрешения такого изображения.
Согласно журналу Nature, исследователям удалось запечатлеть расстояние в 0,039 нанометров – меньше, чем размер самого мелкого атома. Обычно размер атомных соединений составляет 0,1-0,2 нанометра. «По сути, это самая маленькая линейка в мире», - говорит со-автор исследования из Корнеллского Университета профессор Сол Грунер. Разрешение микроскопа было настолько хорошим даже на низких мощностях, что команда сумела обнаружить отсутствие одного атома серы в слоях дисульфида молибдена.
«Дефект в решетке, - объясняет Грунер. – Меня это поражает».
Проверка разрешения полномасштабной птихографии в реальном пространстве с использованием скрученного двуслойного дисульфида молибдена (MoS2) / Cornell University
EMPAD был установлен на множество разных микроскопов, расположенных на территории кампуса Корнеллского университета, и был испытан на различных мощностях. Электронные микроскопы видят электроны так же, как обычные камеры видят фотоны (частицы света). Способность EMPAD обнаруживать не только направление, но и скорость входящих электронов позволяет добиваться невероятно высоких разрешений. Технологию успешно испытали интенсивными лучами, содержащими до миллиона электронов.
«Аналогия, которую я люблю использовать – машина, которая едет на вас ночью, - добавляет Грунер. – И вы смотрите на приближающийся к вам свет, и не можете рассмотреть номерной знак между фарами без того, чтобы вас ослепило».
Команда уверена, что EMPAD может быть успешно использован на живых клетках. Так как энергия электронного луча – ниже, чем обычно используется в электронной микроскопии, технологию могут использовать для наблюдения за клеточными процессами без причинения вреда клеткам.
Команда ученых из Медицинского института Говарда Хьюза (США) объединила два подхода в области аппаратного наблюдения, предложенных еще несколько лет назад, для того, чтобы с помощью микроскопа можно было увидеть работу живой клетки в 3D.По словам руководителя исследования, лауреата Нобелевской премии по химии 2014 года Эрика Бетцига, проблема современных флуоресцентных микроскопов заключается в том, что они используют интенсивные источники света. Чрезмерная яркость может повредить или даже уничтожить клетку. В итоге была создана новая технология, которая позволила по-новому взглянуть на работу клеток.
Для эксперимента ученые взяли рыбу данио-рерио («дамский чулок», «полосатик»), поскольку ее эмбрионы прозрачны и их легко наблюдать. Однако даже в этом случае съемка клеток внутри организма оказалась затруднительной. Клетки на поверхности рыбы действуют как вода на лобовом стекле, затушевывая и рассеивая любой свет. Тут пригодился опыт астрономов, которые используют так называемую адаптивную оптику. Она учитывает искажения, вызванные атмосферой Земли, корректирует их и улучшает качество изображения.Пока микроскоп может показывать клеточные взаимодействия только в прозрачных организмах. Сейчас ученые работают над дальнейшим развитием метода, чтобы можно было «заглянуть» под кожу человека. Такая технология позволила бы медикам наблюдать за здоровыми и больными клетками внутри организма и отмечать между ними разницу. Это можно использовать, например, при исследованиях лекарств. Работа ученых описана в изданиях National Geographic и Science.
Несмотря на капризы погоды, лето неумолимо приближается. Значит, занятия в спортивном зале или домашние тренировки получится заменить на активности под открытым небом. Собрали для вас товары, которые сделают уличные воркауты интереснее, увлекательнее и полезнее.
Мегамаркет дарит пикабушникам промокод килобайт. Он дает скидку 2 000 рублей на первую покупку от 4 000 рублей и действует до 31 мая. Полные правила здесь.
В компактную поясную сумку поместятся телефон, ключи, кошелек или другие нужные мелочи. Во время тренировки все это не гремит и не мешает, но всегда находится под рукой. Материал сумки прочный и влагонепроницаемый, вещи в ней защищены от повреждений, царапин или пота.
С фитнес-резинкой можно тренировать все группы мышц: руки, ноги, кор, ягодицы. А еще она облегчает подтягивания и помогает мягко растягиваться. В сети можно найти огромное количество роликов с упражнениями разной степени сложности. Нагрузка легко дозируется: новичкам подойдет резинка с сопротивлением до 23 кг, опытным атлетам — до 57 кг. При этом оборудование максимально компактно и поместится даже в небольшую сумку.
Для тех, кому надоели обычные тренировки. Слэклайн — это стропа шириной 50 мм, с помощью которой осваивают хождение по канату. Тренажер учит сохранять баланс, прокачивает координацию и концентрацию, а еще дает отличную нагрузку на спину, руки и ноги.
Настольный теннис — простой в освоении вид спорта, который отлично помогает размяться и тренирует скорость реакции. В комплект входят две ракетки, три мяча, сетка, накладка и чехол — все, что нужно, чтобы поиграть вечером во дворе с другом или устроить небольшие соревнования. Этот недорогой набор подойдет именно для развлечения и веселья, устанавливается почти на любой стол.
Еще один вид спорта, которым можно заниматься, даже не имея серьезной подготовки — бадминтон. С набором от Wish Steeltec вы сможете потренировать силу удара, побегать и просто хорошо провести время. Детали яркие, так что их трудно потерять даже на природе. Леска натянута прочно, ресурса ракеток должно хватить не на один сезон.
Фрисби воспринимается как простое пляжное развлечение. Тем не менее перекидывание друг другу тарелки задействует все группы мышц и развивает скорость реакции. Эта тарелка летит далеко и по понятной траектории — отличный снаряд для начала. Кстати, фрисби — это еще и ряд спортивных дисциплин со своими правилами и техническими сложностями, так что игра с друзьями может перерасти в серьезное увлечение.
Стильный мяч из износостойкой резины отлично подходит для уличных тренировок. Вы сможете поиграть компанией в баскетбол или стритбол или просто отработать броски. При производстве используется технология сбалансированного сцепления: это значит, что снаряд не сбежит от вас и будет двигаться по стабильной траектории.
Футбол — один из самых популярных в России видов спорта. Играя, можно отлично побегать, потренировать меткость и отработать взаимодействие в команде. Футбольный мяч Torres Striker выполнен из качественного полиуретана и резины и выдержит не один десяток матчей, не потеряв упругости. Отличная балансировка и оптимальный размер делают его подходящим как для взрослых, так и для подростков. Он достаточно тяжелый, почти как в профессиональном спорте, так что совсем малышам не понравится.
Пляжный или обычный волейбол? А может быть, пионербол, как в детском лагере? Мяч TORRES SIMPLE COLOR подойдет для любой из этих игр. Камера отлично держит давление, поэтому вам не придется постоянно подкачивать его, а качественные материалы (полиуретан и бутил) сохраняют все характеристики даже при интенсивном использовании.
Многоскоростной велосипед с рамой 19-го размера подойдет как мужчинам, так и женщинам. Это отличный вариант для новичков: модель доступная, удобная. Поможет понять, нравится ли вам велоспорт. Конструкция велосипеда позволяет ездить по дорогам разных типов, поэтому вы сможете перемещаться по городу или отправиться в поход. Есть складной механизм — велосипед с ним легко возить в машине, на электричке и просто хранить в кладовке.
Более продвинутая модель для тех, кто уже оценил прелесть движения на двух колесах. Геометрия велосипеда предполагает вертикальную посадку. Это обеспечивает более удобное положение тела, чем на других байках. В конструкции предусмотрены детали для комфорта и безопасности: пружинная вилка с ходом 100 мм, сервисная подводка тросов и дисковые гидравлические тормоза.
Если вы не фанат велоспорта, но хотите получить свою дозу физической нагрузки, перемещаясь по городу, выбирайте самокат. В модели PLANK Magic 200 есть регулировка руля по высоте, надежные тормоза и прочная увеличенная дека из алюминия. Когда вы катаетесь на самокате, работают мышцы ног, ягодиц, спины и живота, а заодно добираетесь, куда нужно. Если вы решите сделать паузу в тренировках, самокат легко складывается для хранения.
Любая активность на свежем воздухе требует хорошей обуви, специально сделанной для занятий спортом. Яркие кроссовки Hoka RINCON 3 с облегченным весом амортизируют, снижают нагрузку на суставы. Выраженный рельеф подошвы обеспечивает сцепление с поверхностью вне зависимости от того, где проходит тренировка: на специальной площадке, асфальте или грунте.
Легкие женские кроссовки из линейки Clifton подходят для занятий на твердых покрытиях. Дышащий сетчатый верх поддерживает вентиляцию стоп, чтобы можно было тренироваться даже в жару. Подошва из легкой пены EVA гасит силу ударов. Кроссовки беговые, подходят для тренировок на длинных дистанциях.
Во время занятий на свежем воздухе важно защитить голову от перегрева. С этим отлично справится легкая и светлая бейсболка — например, от GLHF. Она удобно сидит на голове, не сваливается и не отвлекает от занятий, благодаря сетке голова меньше потеет. Козырек жесткий и не мнется.
Не забудьте защитить кожу от солнца — чтобы не было мучительно больно на следующий день после тренировки под открытым небом. В этом поможет крем против пигментных пятен с сильной защитой от ультрафиолета SPF50. Водостойкая текстура легко наносится и быстро впитывается, действует два часа — потом крем нужно обновить.
Удобные и стильные солнцезащитные очки защищают глаза благодаря фильтру UV400, который поглощает до 99.99% ультрафиолета. Они выполнены из легких материалов и плотно прилегают к голове. Ударопрочные поликарбонатные линзы с антибликовым покрытием подходят для разных видов спорта.
Используйте промокод килобайт на Мегамаркете.Он дает скидку 2 000 рублей на первую покупку от 4 000 рублей и действует до 31 мая. Полные правила здесь.
Реклама ООО «МАРКЕТПЛЕЙС» (агрегатор) (ОГРН: 1167746803180, ИНН: 9701048328), юридический адрес: 105082, г. Москва, ул. Спартаковская площадь, д. 16/15, стр. 6