Category: наука

Category was added automatically. Read all entries about "наука".

Устойчивые к инсультам мыши помогли в поиске лекарств

Новости зазеркалья

Ученые создали мышь, которая намного лучше обычных грызунов справляется с последствиями инсультов. Изучение животного способно помочь в поиске новых лекарств уже для людей.

Исследователи из Австралии, Великобритании и Германии опубликовали в журнале PLoS Biology работу, в которой рассматриваются результаты удаления из мышиной ДНК гена NOX4. Этот ген кодирует белок, выполняющий роль фермента, включающегося в работу при окислительном стрессе— процессе повреждения клетки, лишенной нормального кровоснабжения.

Почему мыши-мутанты без NOX4 в разы легче переживали инсульт, искусственно вызванный учеными? Для ответа на этот вопрос необходимо немного углубиться в физиологию и биохимию инсульта, попутно затронув тему якобы предотвращающих инсульты БАД, а также прописываемой некоторыми “народными целителями” перекиси водорода от всех болезней.

Расшифровка

Названия всех генов обычно являют собой сокращения от названий тех белков, которые они кодируют. Ген NOX4— некоторое исключение, ибо его название есть сокращение от сокращения: НАДФ-оксидаза 4 типа , то есть он кодирует фермент, окисляющий молекулы НАДФ.

НАДФ собственной персоной. Эта молекула (составленная из двух нуклеотидов, т.е. частей, схожих с основными компонентами ДНК) играет очень важную роль в большей части внутриклеточных процессов

НАДФ, естественно, тоже расшифровывается: никотинамидадениндинуклеотидфосфат . Итого NOX4 можно расписать так: никотинамидадениндинуклеотидфосфатоксидаза 4 типа .

Выжить и сгореть

Молекулы НАДФ задействованы в большинстве внутриклеточных реакций, а фермент NOX4 эти молекулы окисляет. Следовательно, NOX4 влияет на едва ли не все стороны жизни клетки, а кроме того- и на ее смерть.

Когда тромб закупоривает сосуды, клетки мозга перестают получать кислород. Далее кровоток может восстановиться, но пробывшие на “голодном пайке” нейроны реагируют на это не возвратом к нормальному своему состоянию, а синтезом активных форм кислорода в повышенном количестве.

Результат контакта кожи с 30% раствором перекиси водорода – поверхностный слой кожи поврежден. Конечно, в клетках мозга после инсульта активные формы кислорода образуются в меньших количествах, но их повреждение и происходит далеко не столь стремительно. Источник Olli Niemitalo

Супероксид (молекула кислорода с одним “лишним” электроном), синглетные формы кислорода (обычная двухатомная молекула кислорода, но в возбужденном состоянии), перекись водорода— все они начинают вырабатываться в клетках после инсульта, и ничего хорошего это не сулит.

Окисление Химически процесс горения— тоже окисление. До недавнего времени в лабораторной практике для мытья пробирок применяли раствор дихромата калия в серной кислоте, эта смесь окислителей оказывала на посуду такое же действие, как прожарка ее при +400С, все органические загрязнения просто выгорали.

Высокоактивные молекулы и ионы окисляют практически все подряд, повреждая важнейшие компоненты клеток. Если этот процесс, который называют окислительным или оксидативным стрессом, заходит слишком далеко— клетки погибают.

А гибель клеток мозга, как известно, часто приводит к потере речи, параличу, нарушениям зрения или вовсе смерти— если окажутся затронуты центры, ответственные за дыхание и сердцебиение.

Перекись внутрь В ряде сомнительных источников перекись водорода (источник активных форм кислорода) рекомендуют едва ли не как лекарство от всего, от насморка до рака. Реально же даже для обработки ран раствор перекиси водорода подходит не всегда – в 2005 году было показано , что ее применение может привести к образованию больших шрамов после заживления раны. Что же касается приема внутрь, то это, по мнению врачей, не самая удачная идея, причем не только потому, что не существует подтверждающих эффективность метода научных исследований. Пить перекись в низкой концентрации бесполезно (разложится еще в пищеводе и желудке, не попав в кровь), в высокой – опасно (результатом будет химический ожог), ну а внутривенная инъекция чревата некрозом тканей.

Очевидно… и неэффективно

Первый способ борьбы с инсультом— восстановить кровоток. Далее надо бороться с оксидативным стрессом и вот тут вступает в дело биохимия. Что делать с избытком чрезмерно активных молекул?

Радикальная борьба с тромбом – хирургическим путем. Сначала пробуравить, потом раздуть специальный баллончик, расширить сосуд и вытащить препятствие Источник Neilbarman

Наиболее очевидный вариант, который рассматривали врачи, заключался в использовании веществ, нейтрализующих активные формы кислорода— антиоксидантов. Антиоксиданты можно встретить в рекламе многих биологически активных добавок и кое-где прямо говорится о том, что они помогают справится с последствиями инсультов. Или предотвратить их, что тоже на первый взгляд вполне убедительно.

Продажи пищевых добавок в США за последние два десятилетия резко выросли. В России – тоже. Вопрос только в том, помогло ли это в борьбе с болезнями или просто позволило заработать производителям и продавцам Источник ucce.ucdavis.edu

Однако на практике этот подход далеко не идеален по ряду причин. Во-первых, оксидативный стресс развивается в первые сутки после инсульта, а во-вторых – далеко не все клинические испытания подтвердили работоспособность этой идеи.

В обзоре American Journal of Clinical Nutrition 2000 года со ссылкой на ряд исследований показано, что принимающие витамины А и C, обладающие антиоксидантным действием, умирают от инсультов ничуть не реже, чем те, кто витамины не пьют вовсе. А те, кто принимали большие дозы витамина E, также антиоксиданта, оказались подвержены риску геморрагического (с кровоизлиянием в мозг) инсульта не меньше, а больше.

Слепое исследование – пациент не знает, что именно принимает. Двойное слепое исследование – ни пациент, ни врач не знают, что же именно представлял собой препарат (это станет известно лишь после испытаний, ампулы/банки с таблетками помечены каким-то нейтральным образом вроде численного кода) Источник Scientific Misconduct Blog

В 2003 году Neurology опубликовал данные, из которых следовало что витамин C все-таки помогает снизить риск инсульта— но в том же году авторитетнейшее издание Lancet опубликовало и результаты так называемого метаисследования, включившего свыше 81 тысячи человек в разных экспериментах. Витамин Е по этим данным оказался для профилактики сердечно-сосудистых заболеваний абсолютно бесполезен.

То, что одна часть мозга на этом томографическом снимке темнее другой (слева) – это не сбой прибора, а последствия инсульта. Эти ткани повреждены Источник Lucien Monfils

Испытания антиоксиданта NXY-059, разрабатываемого как препарат для применения в первые часы после инсульта, дали отрицательный результат . Пациенты, получавшие вместо лекарства плацебо, в итоге выздоравливали (или не выздоравливали) с той же вероятностью— итогом этих исследований стало сворачивание программы по разработке препарата.

Антиоксиданты оказались либо бесполезны, либо полезны отнюдь не в той степени, чтобы моментально ставить на ноги переживших инсульты. И в том числе по этой причине поиск эффективного препарата, минимизирующего повреждения клеток, продолжился.

Нужна пересадка мозга После того, как клетки погибли – сразу или в результате оксидативного стресса, повреждения все еще можно восстановить. Хотя бы в теории – на животных успешно опробована пересадка донорских клеток мозга . А еще на крысах изучаются способы ускорить регенерацию тканей и органов .

Лишний фермент

Поскольку ранее было показано, что фермент NOX4 активно участвует в развитии окислительного стресса, у медиков и ученых появилась следующая мысль— а нельзя ли на время этот фермент как-нибудь отключить?

Воплощением этой идеи в жизнь занялись с нескольких сторон. Фармакологи стали искать вещества, избирательно реагирующие с NOX4 и подавляющие его активность, а вот генные инженеры церемониться не стали.

Мозг обычной мыши после инсульта слева, мутантной – справа. Белая область повреждена; препарат представляет собой мозг, разрезанный в поперечной плоскости. Источник Schmidt et.al. – Post-Stroke Inhibition of Induced NADPH Oxidase Type 4 Prevents Oxidative Stress and Neurodegeneration

Были взяты лабораторные мыши, из мышей извлечены яйцеклетки, и в ДНК яйцеклеток попросту вывели из строя ген, кодирующий NOX4. Нет гена— нет и фермента, готово животное, для которого фармакологам уже ничего искать не требуется, оно никогда не будет вырабатывать этот фермент, ни до инсульта, ни после.

Вызвать же инсульт у мыши— дело хотя и тонкое (операция на питающих мозг артериях), но отработанное: равно как и анатомическое исследование поврежденного мозга. Изучение тканей под микроскопом выявило у трансгенных грызунов меньший объем повреждений, а наблюдения за мышами после инсульта показало и то, что прогноз для мутантов явно лучше, чем для их обычных собратьев. Обычные мыши после инсульта массово дохли через пять дней— а около половины мутантов пережило недельную отметку.

Мыши-мутанты идут на помощь

Генные инженеры и физиологи, работавшие с мутантными мышами, внесли значительный вклад в поиск новых лекарств от инсульта. Работа фармакологов, которые ищут способы подавить активность NOX4 теперь приобрела дополнительный смысл— а кроме того, попутно ученые узнали еще довольно много нового.

Было, к примеру, показано что вещество, проходящее под обозначением VAS2870 и рассматривавшееся как возможное лекарство, оказывает практически такой же эффект, как и удаление гена. Это не означает, что его уже можно давать больным, но как минимум указывает на перспективность дальнейших исследований, причем вполне конкретных. То есть способных принести результат во вполне обозримые сроки.

Источник: http://www.gzt.ru/topnews/science/-ustoichivye-k-insuljtam-myshi-pomogli-v-poiske-/326269.html?from=reader

Повторение опытов Галилея поможет конструкторам автомобилей

Новости зазеркалья

Физики повторили классический опыт Галилея со скатывающимися по наклонной плоскости телами, которые позволили ученому выяснить, как именно движутся предметы под действием силы тяжести. Результаты повторения опыта потянули на научную статью в одном из лучших физических журналов.

В статье , которую ученые из Массачусетского технологического института ( MIT ) опубликовали в Physical Review Letters, фундаментальные законы механики не опровергаются. Но незначительная, на первый взгляд, модификация эксперимента, с которого началась современная физика, позволила узнать нечто новое. Достаточно оказалось заменить твердые шары на гибкие резиновые ленты, свернутые в колечки.

Эксперимент Галилея в своем классическом виде. Воспроизведен для образовательной программы на Science Channel Джимом и Рондой Моррис Источник www.scitechantiques.com

С точки зрения механики, впрочем, такая замена отнюдь не маловажна. Твердые тела движутся совершенно не так, как гибкие и деформируемые: при скатывании с наклонной плоскости у гибкой ленты часть потенциальной энергии переходит в энергию ее деформации и эта деформация вдобавок ко всему непрерывно меняется. Одни участки резинового колечка сжимаются, другие растягиваются, и рассчитать точную траекторию каждой его точки далеко не столь тривиальная задача, как может показаться на первый взгляд.

Классический опыт Галилея В оригинальном эксперименте по наклонной плоскости скатывались твердые однородные шары и засекалось время, за которое они преодолевали свой путь. Благодаря этому эксперименту исследователь смог показать, что тело движется вниз с постоянным ускорением, и что это ускорение не зависит от массы тела. Дальнейшая работа, когда к наклонной плоскости добавилось изучение падения тел, привела к открытию того факта, что траектория брошенных предметов представляет собой параболу. До опытов Галилея люди не знали, как именно движутся предметы под действием силы тяжести. Считалось, например, что пушечные ядра сначала летят вверх, а потом вертикально падают вниз. Галилей не просто установил законы движения – не менее важно то, что он сделал это опытным путем, перейдя от умозрительных построений к экспериментальному методу, основе физики как таковой. Именем ученого был назван в 1990-е годы космический аппарат, изучавший Юпитер и открытые Галилеем спутники этой планеты.

Чтобы убедиться в этом, можно провести для начала эксперимент мысленный – представьте, как будет меняться форма катящегося кольца. Сначала, конечно, оно примет вид гусеницы от трактора, с горизонтальным нижним участком, двумя закруглениями по бокам и слегка выпуклой верхней частью – а что дальше? Может, оно по мере набора скорости станет более округлым? Или, напротив, вытянется вдоль поверхности земли? Как показал опыт, оба этих варианта оказались неверны.

Форма резинового кольца при различных скоростях (синее стоит на месте, красное движется быстрее всех). Источник Rolling Ribbons – Clanet et.al

И хотя то, что ученые в итоге наблюдали в эксперименте, сошлось с данными предварительных компьютерных расчетов, результат все равно оказался довольно интересным (впрочем, корректнее сказать что как раз совпадение с расчетами имело наибольшую ценность, это значило что физики имеют адекватную модель явления). Кольцо превратилось в двухгорбую фигуру, и чем больше становилась скорость, тем сильнее выпячивался передний горб.

О деталях

Необходимо заметить, что исследователи вовсе не стали строить в лаборатории наклонные плоскости, с которых потом спускались бы их резиновые кольца. Вместо этого был взят большой стальной барабан, напоминающий барабан стиральной машины – а уже в него клались экспериментальные образцы. Барабан приходил в движение, колечко в нем начинало катится по стенке и так моделировалась бесконечная наклонная плоскость, на которой можно было не ограничиваться несколькими долями секунды.

Другой знаменитый опыт Галилея (вероятно, даже более известный) – со сбрасыванием предметов с Пизанской башни. По сути, в нем изучалось то же самое явление, движение тел под действием силы тяжести; ученый показал, что скорость падающих ядер не зависит от их массы. Источник John Lienhard

Кроме того, ученые отметили сходство поведения ленты в их опыте с движением капель жидкости на несмачиваемой поверхности. Вода, скатываясь по натертой воском или маслом плоскости, ведет себя схожим образом – так что не исключено, что повторение классического опыта в новом исполнении найдет и какое-нибудь сугубо практическое применение.

Знание механики капель далеко не бесполезно, к примеру, конструкторам ветровых стекол, ведь залитое водой стекло автомобиля может стать причиной аварии.

Галилео Галилей знаменит не только как физик, но и как астроном. На этой странице из его записей в 1609 году запечатлены спутники Юпитера, впоследствии получившие имя “галилеевых” – Ганимед, Европа, Ио и Каллисто. Сегодня их может увидеть каждый владелец даже не телескопа, а цифрового фотоаппарата с достаточно крупным увеличением

Об энергии

Задача о движении различных тел в теоретической механике сводится к расчету того, как и куда переходит энергия. Когда кольцо поднято вверх и покоится, оно обладает только потенциальной энергией, а при движении эта энергия становится кинетической энергией движения, энергией упругой деформации и (этот вид энергии остается за рамками школьной программы) энергией вращения.

Наглядный пример тела, чья механическая энергия складывается в основном из энергии вращения – гироскоп. Кинетическая энергия прибора в целом равна при этом нулю, а потенциальная может быть пренебрежимо мала: все остальное сосредоточено во вращающемся маховике. Источник Kiko2000

Кстати, пренебрежение последней в школьном курсе физики приводит к тому, что часто используемая учащимися трактовка опытов Галилея с наклонной плоскостью попросту неверна. Шарик, который скатывается с плоскости, будет иметь вовсе не ту скорость, которую посчитали исходя из предположения “вся потенциальная энергия перешла в кинетическую” – часть потенциальной энергии уйдет на раскручивание шарика вокруг своей оси!

Источник: http://www.gzt.ru/topnews/science/-povtorenie-opytov-galileya-pomozhet-konstruktoram-/324313.html?from=reader

Созданы трансгенные «мыши-лесбиянки»

Биологи получили новую линию трансгенных мышей. Примечательны эти животные не только отстуствием одного белка, но и гомосексуальной ориентацией самок.

Говорить о том, что появление мышей, которые вместо самцов предпочитают других самок, объясняет явление гомосексуализма у женщин, конечно нельзя. Но, как пишут на страницах журнала BMC Genetics исследователи из Кореи, трансгенные животные как минимум окажутся полезным объектом для дальнейшего изучения биологических основ сексуальной ориентации.

«Мыши-лесбиянки»

Про то, как проявляется гомосексуальность у людей, большинство читателей в общих чертах наверняка представляет. А вот как может вести себя мышь, предпочитающая самок, то есть «мышь-лесбиянка» (во избежание некорректных сопоставлений возьмем словосочетание в кавычки— у людей сексуальная ориентация имеет явно более сложную природу)? Самцы, которые производят анальное сношение с другими самцами, у мышей не редкость, но как быть с самками, по определению не способными к проникновению во влагалище других самок?

«Мыши-лесбиянки» не отличались от обычных (на фото декоративная мышь) по способности выхаживать потомство. Источник Cait McKeown – fancymice.info

Исследователи отметили у подопытных грызунов два признака нетрадиционной ориентации. Первым и наиболее очевидным было то, что мутантные самки периодически пытались напрыгнуть на соседок по клетке точно так же, как это делают самцы для совершения полового акта. Второй же признак был не столь очевиден— «лесбиянки» дольше обнюхивали следы мочи самок, а не самцов— в то время как обычные мыши демонстрируют прямо противоположное поведение.

Метки, оставленные мочой, играют для грызунов роль своеобразных брачных объявлений. Готовая к спариванию самка (чей гормональный цикл допускает оплодотворение) оставляет следы, которые служат самцам прямым аналогом текста «ищу партнера для совместной жизни». Равным образом и пометки самцов тоже можно сопоставить с «привлекательный мужчина в расцвете сил ищет нежную и отзывчивую спутницу жизни».

Обычные мыши известны своей плодовитостью (от 10 детенышей в приплоде), и трансгенные животные не стали исключением Источник LA Dawson

Любопытно отметить, что на способность зачать, выносить и вырастить потомство мутация не повлияла. Единственное, что далеко не каждый самец мог подобраться к трансгенной самке— большую часть ухажеров подопытные животные предпочитали отваживать сразу.

Что поменяли?

Что заставило мышей так поменять свое поведение? Специалисты по генной инженерии лишили их одного-единственного гена— кодирующего фермент фукоза-муторатаза, или сокращенно FucM. Что скрывается за этим названием?

Процесс копуляции у мышей, любительская съемка. Источник boxerbaby

Как и подавляющее большинство всех ферментов (соединений, обеспечивающих ту или иную биохимическую реакцию), название FucM для специалистов говорит само за себя. Фукоза— это разновидность моносахаров (наиболее известные их примеры— глюкоза, фруктоза и лактоза, «молочный сахар»), а мутаротация— процесс перестройки молекулы из одной конфигурации в другую. Окончание «-аза» указывает на то, что речь идет о ферменте: согласно одной из шуток биохимиков, молоток правильнее было бы назвать «гвоздестенкозабиваза» (что, как и куда,— аза).

Превращение фукозы из одной формы в другую позволяет ей встраиваться в некоторые белки. А этот процесс, как было показано еще в конце 1990-х годов, играет важную роль в формировании целого ряда редких, но весьма серьезных наследственных заболеваний у людей. Нарушения зрения, координации движений, чувства насыщения— мыши, у которых не хватало гена FucM создавались вовсе не для того, чтобы изучить феномен женского гомосексуализма!

Короткий репортаж (на английском) о предыдущих попытках поменять сексуальное поведение животных, правда не генной инженерией, а гормонами. И не у мышей, а у крыс. Источник groyn88

Однако, как показало последующее за поведенческими тестами анатомическое исследование, отсутствие этого гена повлияло на развитие нервных клеток в так называемой преоптической области передней доли гипоталамуса. Этот сравнительно небольшой участок отвечает как за терморегуляцию организма, так и влияет на производство женских половых гормонов— а отсюда уже и рукой подать до полового поведения.

Источник: http://www.gzt.ru/topnews/science/-sozdany-transgennye-myshi-lesbiyanki-/314087.html?from=reader

Новости Багам