Life sciences в последних номерах "Науки и жизни"

Life sciences в последних номерах "Науки и жизни":

таблетированное вино, ДНК в авиастроении, трансгенная мышь с усиленным обонянием, оптимальный для очистки стоков от нефти комплекс микроорганизмов, вред фуллеренов для здоровья и другие новости науки.

МЫШЬ-ИЩЕЙКА

Биологи из университета Флориды в Таллахасси (США) вывели породу мышей, чувство обоняния у которой значительно усилено по сравнению с обычными мышами. Как ни странно, для этого пришлось не добавить мышам какой-то ген, а устранить один из существующих.

Отключенный ген вырабатывает белок под названием Кv1.3, который участвует в образовании «клапанов» в мембране нервной клетки, управляющих потоком ионов калия внутрь клетки и из нее. А от скорости перетекания ионов калия зависит то, насколько быстро и активно нервная клетка реагирует на раздражители. Белок Кv1.3 присутствует в клетках обонятельных луковиц, и ученые думали, что отключение его гена приведет к ослаблению обоняния мыши. Но оказалось, что обоняние, напротив, усиливается в 1000-10 000 раз. Никакие другие аномалии у новой породы грызунов не обнаружены.

МИКРОБЫ ПОЖИРАЮТ НЕФТЬ

Содержание углеводородов в стоках украинских металлургических предприятий превышает допустимые нормы в 5 - 40 раз. Существующие механические, химические и биологические методы очистки трудоемки, медленны, стоят дорого, а в отдельных случаях наносят вред окружающей среде не меньший, чем те нефтепродукты, от которых они должны избавлять природу.

Известны микроорганизмы, способные поедать различные фракции нефти. Украинские ученые смогли интенсифицировать этот процесс. Специалисты из Института ботаники Национальной академии наук Украины подобрали оптимальный комплекс микроорганизмов, в результате жизнедеятельности которых нефтесодержащие стоки металлургических заводов превращаются в соединения, не вредящие природе. Конечный продукт микробиологического разложения - гуминовые кислоты, способные служить удобрением.

ФУЛЛЕРЕНЫ МОГУТ БЫТЬ ОПАСНЫ

Предварительные исследования американских гигиенистов позволяют предположить, что фуллерены - круглые пустотелые молекулы, состоящие из нескольких десятков атомов углерода, - могут быть вредны для организма.

Фуллерены впервые получены в 1985 году (см. "Наука и жизнь" № 7, 1992 г.), они могут применяться в микроэлектронике, в качестве добавки к смазочным материалам, в топливных элементах. Фармацевты хотят применять эти шарики нанометровых размеров (нанометр - одна тысячная микрометра) как сверхмикроскопические пилюли, наполняя их лекарствами и вводя пациенту в кровь. Используют их и в косметике, начиняя косметическими средствами.

Однако эксперименты на рыбах, проведенные в университете Далласа (США), показали, что фуллерены могут накапливаться в клетках печени и нейронах мозга, причем изменяют функционирование генов в этих клетках и повреждают мембраны клеток. Степень токсичности сверхмикроскопических углеродных шариков оценивают как среднюю между никелем и бензопиреном, канцерогенным веществом, содержащимся в табачном дыме и автомобильных выхлопах. Если добавить в воду с плавающими в ней дафниями фуллерены в концентрации всего 0,8 миллиграмма на литр, через двое суток половина дафний погибает.

По неопубликованным данным других исследователей, фуллерены токсичны и для грызунов, правда, токсичны не более чем многие распространенные лекарства. Во всяком случае, как и с каждым недавно синтезированным соединением, необходимы длительные и детальные проверки.

ВИНО В ТАБЛЕТКАХ

Медицинская статистика показывает, что в странах с традиционно большим потреблением красного сухого вина снижен уровень сердечно-сосудистых заболеваний. Но, судя по тому, что потребление водки не спасает от этих болезней, дело тут не в самом алкоголе, а в сопутствующих веществах красного вина.

Сотрудники фармацевтического института в Павии (Италия) разработали препарат, содержащий все полезные компоненты вина. Таблетки делают из жидкой массы, остающейся после того, как из винного сусла отгоняют спирт для производства крепких напитков типа коньяка. В массу добавляют сахар и некоторые аминокислоты. Смесь фильтруют, а затем высушивают в вакууме. Из полученного порошка прессуют таблетки, каждая из которых по профилактическому действию равноценна стакану красного вина.

ПРИМЕНЕНИЕ ДНК В АВИАЦИИ

С 1960 года американские власти зарегистрировали 22 случая гибели военных и гражданских самолетов из-за столкновения с птицей. В 2003 году отмечено три столкновения самолетов малой авиации с птицами, погибли пять человек. В 2002 году смертельных случаев не было, но столкновения причинили общий ущерб в 499 миллионов долларов.

Вот уже 40 лет расследователи подобных случаев шлют перья, собранные на месте происшествия или с фюзеляжа пострадавшей машины, орнитологам Смитсоновского музея в Вашингтоне. Посылка сопровождается просьбой определить, какой вид птиц стал виновником аварии. В лаборатории изучения перьев при музее имеется около 630 тысяч образцов, взятых от разных видов птиц. Но не всегда удается по перу определить вид, особенно если птица попала в турбину двигателя.

Поэтому сотрудники лаборатории начали накапливать кроме образцов перьев еще и образцы ДНК 300 видов птиц, наиболее часто сталкивающихся с самолетами. Ожидают, что база данных будет готова через пять лет. Кроме того, в лаборатории разработан портативный набор, позволяющий летчику или авиамеханику собрать и законсервировать следы ДНК на месте происшествия. Знание того, где какие виды представляют наибольшую опасность, позволит сделать столкновения реже.

РАСШИФРОВАНА ПЧЕЛА

Последним животным, наследственная информация которого полностью прочитана учеными, стала медоносная пчела. Это третье насекомое, геном которого прочитан (первым была плодовая мушка дрозофила, вторым - малярийный комар). Расшифровка генома обыкновенной пчелы выполнена за год в Центре чтения генетических последовательностей в Хьюстоне (США) и обошлась в 8 миллионов долларов. Геном пчелы оказался по размерам примерно в десять раз меньше человеческого. Сейчас исследователи разыскивают в полученном "тексте" гены, отвечающие за производство яда и за танец пчел.

Биологи надеются, что знание наследственности пчелы позволит вывести новые ее породы с пониженной агрессивностью и увеличенным трудолюбием.

БИОДОБАВКИ ИЗ ОТХОДОВ

Известно, что есть продукты питания, способные регулировать физиологические функции организма человека, протекание различных биохимических реакций. К таким продуктам относятся и пищевые волокна, которые содержатся в выжимках (шротах) растительного сырья после экстракции из него лекарственных веществ. В шротах перечной мяты, валерианы, чабреца, элеутерококка содержатся, в частности, целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, пектины и эфирные масла.

При недостатке в пище растительных волокон и приравненной к ним по действию животной соединительной ткани повышается риск заболевания сахарным диабетом, атеросклерозом, желчно-каменной болезнью, кариесом и др. Пищевые волокна, которые прежде считались балластом, в действительности нормализуют деятельность желудочно-кишечного тракта, активно участвуют в обмене веществ.

Исследования физико-химических и функциональных свойств шротов лекарственных растений доказали возможность их использования в качестве биологически активных добавок в тесто. Например, тесто для пряников ароматизируют сухими духами. Их вполне можно заменить шротами лекарственных растений, содержащими эфирные масла. Шрот размельчают и в виде порошка добавляют в тесто. Содержащийся в шроте пектин уменьшает газопроницаемость теста, благодаря чему оно лучше подходит и изделия из него получаются более пышными. Пряники и булочки с добавками растительных волокон не теряют вкусовых свойств, а их калорийность снижается более чем на 4%.

Возможно, в скором времени добавки пищевых волокон будут вводить в мясной, рыбный и овощной фарши.

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО ДЛЯ АВТОМОБИЛЕЙ

Во многих странах все более популярным становится биологическое топливо, изготавливаемое из растительного сырья - рапса, конопли, бананов, бобовых, цитрусовых. В шести государствах ЕС, а также в США, Канаде, Бразилии, Малайзии такое биологическое топливо производят в промышленных масштабах, но все же его доля в топливном балансе не превышает 0,3%.

Для средних широт очень перспективен рапс - однолетнее растение, способное давать урожаи вплоть до 55 град северной широты (в России - южнее границы Москва - Новосибирск). Технология получения топлива из рапсового масла проста: его смешивают с синтетическим метиловым спиртом, добавляют щелочь и катализатор и нагревают смесь до 50°С. После охлаждения жидкость расслаивается на рапсо-метиловый эфир (РМЭ) и глицерин. Себестоимость РМЭ на 15-20% выше, чем эквивалентного ему бензина А76, поэтому использование биологического топлива стимулируют, предоставляя изготовителям государственные дотации. Кроме того, в Европе начали продавать автомобили, рассчитанные исключительно на биологическое топливо, причем цены на них также искусственно снижают.

В мировые лидеры по производству биологического топлива вышла Австрия, где в качестве сырья для него наряду с рапсом используют подсолнечник. Эта небольшая европейская страна не только обеспечивает себя биологическим топливом, но и экспортирует его в ряд стран Европы и Азии.

Заводы по производству РМЭ уже построены в Литве и Латвии. Такая мера помогла прибалтийским странам вступить в ЕС еще до 2005 года: в качестве условия эти государства обязывались довести уровень потребления биологического топлива до 7,5%.

В России промышленное производство биологического топлива пока видится лишь в отдаленной перспективе, но ученые уже вплотную заняты этой проблемой. Во ВНИИ электрификации сельского хозяйства построена опытная установка для получения углеводородного топлива пиролизом из древесины ивы и тополя. Побеги этих растений без дополнительного ухода за год вырастают на 3 метра, а скашивать их можно обычным кукурузоуборочным комбайном. С одного гектара посадок получают до 7 тонн биологического топлива (для рапса этот показатель составляет лишь 2 тонны).

НОВАЯ НАУКА - СОНОЦИТОЛОГИЯ

Несколько лет назад в лаборатории знакомого биолога американский химик Джим Гимзевский увидел заинтересовавший его эксперимент. Клетки, взятые из сердца крысы, поместили в питательную среду, и они продолжали пульсировать. У химика возник вопрос: а не может ли быть, что и другие клетки пульсируют? Конечно, клетки сердца по своей природе мышечные, они должны двигаться. Но и в любой другой клетке происходят упорядоченные перемещения молекул, работают сложные молекулярные механизмы, имеются сократимые элементы, и было бы удивительно, если бы от всех этих движений мембрана (оболочка) клетки не вибрировала.

Но если эти вибрации существуют, каким инструментом можно их уловить? Гимзевский имеет опыт работы с атомным силовым микроскопом. Этот микроскоп ощупывает изучаемые объекты сверхтонкой иголочкой, проходя поверхность объекта строчка за строчкой. По полученным данным компьютер строит картину рельефа поверхности (см. "Наука и жизнь" № 1, 2004 г.).

Химик решил использовать иголочку атомно-силового микроскопа как иглу проигрывателя, не водя ею по поверхности изучаемой клетки, а уперев в одну точку на этой поверхности. Оказалось, что поверхность живой дрожжевой клетки действительно вибрирует, в среднем 1000 раз в секунду поднимаясь и опускаясь на три нанометра (примерно такую длину имеет столбик из 15 атомов углерода, поставленных один на другой). Хотя амплитуда этих колебаний настолько мала, что услышать их мы не можем, частота в 1000 герц лежит в пределах слышимости человеческого уха. Если вместо компьютера с программой построения изображений к зонду атомно-силового микроскопа подключить достаточно мощный усилитель низкой частоты, звучание клеток становится слышимым. Так возникла новая область биологии - соноцитология, изучающая звуки клеток.

Звук клетки изменяется в зависимости от ее состояния. Если добавить к дрожжам спирт, который является нормальным продуктом их жизнедеятельности, но в концентрации более 9-10% убивает дрожжевые клетки, то звук становится выше. Мертвые клетки издают низкое тихое гудение - как полагает Гимзевский, это звучат беспорядочно колеблющиеся атомы. Это шум броуновского движения. Дрожжевые клетки с мутацией испускают немного иной звук, чем обычные. Поэтому можно предположить, что соноцитологические методы в дальнейшем позволят выявлять по звучанию клетки с нарушениями наследственного аппарата, например раковые. Сейчас Гимзевский и его сотрудники начали регистрировать звуки от клеток млекопитающих. Их частота колебаний ниже, чем у дрожжей. Специалист по лимфоцитам, заинтересовавшийся новой методикой, предлагает сравнить звучание этих белых кровяных клеток в норме и при лейкемии, а также после воздействия различных лекарств. Возможно, через несколько лет запись голосов клеток станет обычным диагностическим инструментом медицины.

Наука и жизнь http://nauka.relis.ru/