Nesmrtelná transfúze

31.3.2017
Zdroj:
T.Kongtana et al., An immortalized adult human erythroid line facilitates sustainable and scalable generation of functional red cells, Nature Communications 8, Article number: 14750 (2017), doi:10.1038/ncomms14750
Zdroj
Základní krevní buňky na snímku elektronového mikroskopu. Červená krvinka (erythrocyt) leží úplně vlevo, uprostřed krevní destička a vpravo bílá krvinka  neboli leukocyt (foto National Cancer Institute v Fredericku, USA, veřejná doména).

Problémy se sháněním krve pro transfúze může vyřešit výzkum mezinárodního vědeckého týmu z University of Bristol. Podařilo se jim připravit lidské imortalizované erytroblasty, buňky, ze kterých vznikají bezjaderné červené krvinky neschopné buněčného dělení. Jako imortalizované buněčné linie označujeme zmutované buňky vícebuněčných živočichů, které se množí bez omezení. U normálních buněk našich tkání je počet buněčných dělení limitován. Bristolská metoda umožní přípravu červených krvinek ve velkém množství. Nejspíš časem nahradí dárcovský krve, zatím jediný zdroj pro transfúze. Na obrázku vidíme základní krevní buňky na snímku elektronového mikroskopu. Červená krvinka (erythrocyt) leží úplně vlevo, uprostřed krevní destička a vpravo bílá krvinka neboli leukocyt (foto National Cancer Institute v Fredericku, USA, veřejná doména).

Existuje více buněčných linií imortalizovaných buněk. Velmi rozšířené tzv. HeLa buňky je linie lidských rakovinných buněk izolovaných roku 1951 z nádoru děložního hrdla Američanky Henrietty Lacks.

klouda 2.4.2017: Vesmír po desetiletí píše vtipné články na Apríl. Totéž Akademon. Velmi děkuji za vtipnou persifláž.

Pavel Trávník 3.4.2017: Vyšlo to sice o den dřív, ale síla to je.

Pořádná ťápota

30.3.2017
Zdroj:
S.W.Salisbury et al., The Dinosaurian Ichnofauna of the Lower Cretaceous (Valanginian–Barremian) Broome Sandstone of the Walmadany Area (James Price Point), Dampier Peninsula, Western Australia, JOURNAL OF VERTEBRATE PALEONTOLOGY VOL. 36 , ISS. SUP1,2016
Zdroj
Ležící Richard Hunter z kmene Goolarabooloo spolu s největším otiskem chodidla býložravého sauropoda. Tyčka, kterou drží, je dlouhá 40 cm (foto University of Queensland).

Stopu veleještěra o neuvěřitelné délce 1,7 m odhalili australští paleontologové z University of Queensland. Jde o dosud největší nalezený otisk na světě. Spolu s řadou dalších leží v pískovci na pobřeží Dampierova poloostrova na severozápadě Austrálie. Pocházejí z doby před 127 až 140 miliony let od minimálně 21 různých druhů. Na snímku vidíme Richarda Huntera z kmene Goolarabooloo spolu s největším otiskem chodidla býložravého sauropoda. Tyčka, kterou drží, je dlouhá 40 cm (foto University of Queensland ).

Diamantová folie

29.3.2017
Zdroj:
M.A.Lodes et al., Mechanical properties of micro- and nanocrystalline diamond foils, Philosophical Transactions A, doi:10.1098/rsta.2014.0136
Zdroj
Zdroj:
M.Engenhorst et al., Thermoelectric transport properties of boron-doped nanocrystalline diamond foils, Carbon, doi:10.1016/j.carbon.2014.10.002
Zdroj
Nově připravená diamantová folie o tloušťce 40 mikrometrů, foto Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg.

Největší diamantovou folii na světě o průměru neuvěřitelných 28 cm připravili fyzici z Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Prohlédnout si ji můžeme na obrázku. Diamant díky své mimořádné tvrdosti představuje ideální krycí materiál. Bohužel vytvořit jsme ho zatím uměli jen na některých krystalických materiálech. Nová technologie umožňuje vytvořit diamantovou folii o tloušťce 40 mikrometrů během několika dnů na křemíkovém disku za sníženého tlaku ve vodíkové atmosféře s příměsí 2% methanu. Reakční komoru vyhřívají spirály rozpálené na 2000 stupňů Celsia. Po odloupnutí z křemíkového podkladu lze diamantovou folii využít k pokrytí nejrůznějších povrchů.

Významnější mozeček

27.3.2017
Zdroj:
M.J.Wagner et al., Cerebellar granule cells encode the expectation of reward, Nature (2017), doi:10.1038/nature21726
Zdroj
Lidský mozek, mozeček je vyznačen červeně (NIH, public domain, via Wikimedia Commons).

Mozeček (cerebellum) je část mozku zodpovědná za koordinaci pohybů, udržování rovnováhy a napětí kosterního svalstva. Informace ze svalů neustále porovnává s údaji z očí, uší a hmatových receptorů. Leží mezi a pod týlními laloky mozkových hemisfér. Výzkumy Marka J.Wagnera a jeho kolegů ze Stanford University ukazují, že jsme tuto část mozku podceňovali. U laboratorních myší pozorovali aktivizaci některých buněk mozečku v souvislosti s očekáváním odměny bez jakéhokoli vztahu k pohybům. Je proto velmi pravděpodobné, že v našem fungování hraje mozeček důležitější úlohu, než jsme mu doposud připisovali. Zajímavé je, že mozeček kontroluje stejnolehlé části těla. Na rozdíl od předního mozku, kde pravá hemisféra řídí levou polovinu těla a naopak. Aktivizaci nervových buněk mozečku myši v očekávání odměny vidíme na čtyřikrát zpomaleném videu. Zobrazení vzniklo pomocí fluorescence molekul napojených na vápenaté kationty.

Vlastislav Výprachtický 28.3.2017: Mozeček - vliv mozečku na emoce byl již poznán v r. 1998. I přes značný počet metod zkoumání mozku, není stále dost informací ohledně všech funkčních částí mozku. V podstatě asi nejsou zcela využity některé technologické aplikace jako na příklad - cryo a termo bodové zkoušky, čipová propojení, vliv radiofarmak a j.

Papouškův smích

26.3.2017
Zdroj:
Schwing, Raoul et al., Positive emotional contagion in a New Zealand parrot, Current Biology, Volume 27, Issue 6, R213 - R214
Zdroj
Dospělý nestor kea z novozélandského Fiordlandu (Mark Whatmough (Milford Sound, Key Summit, The Divide, Queenstown) [CC BY 2.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0)], via Wikimedia Commons).

Smích jako projev veselí a radosti známe u primátů a některých dalších savců, např. krys. Novozélandští biologové ho poprvé zaznamenali i u ptáků, konkrétně u papoušků nestor kea (Nestor notabilis), kteří žijí v zalesněných horských oblastech Jižního ostrova. Jde o velmi inteligentní a učenlivé tvory. Při svých hrách vydávají specifické zvuky, jež nepoužívají nikdy jindy. Při přehrání jiným keám vyvolává hravou radostnou náladu i u nich, což je typickým projevem smíchu. Jejich veselou hru můžeme shlédnout zde. Dospělého papouška nestor kea z novozélandského Fiordlandu vidíme na obrázku (Mark Whatmough (Milford Sound, Key Summit, The Divide, Queenstown) [CC BY 2.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0)], via Wikimedia Commons).

Čas na inovaci

25.3.2017
Zdroj:
https://www.brandeis.edu/now/2017/march/wine-bottle-perlman.html
Zdroj
Návrh hrdla lahve od Daniela Perlmana (foto Brandeis University).

Při nalévání vína ze skleněné láhve představují stékající kapičky nepříjemný problém. Se zajímavým řešení přišel Daniel Perlman z Brandeis University v Massachusetts. Těsně pod vrškem hrdla lahve stačí z vnější strany vyhloubit kolem dokola rýhu. Jak vidíme na obrázku (Brandeis University) i videu, kapky vůbec nevzniknou. Tvar lahví na víno zůstal nezměněn po více než 200 let. Na inovaci nejvyšší čas.

Zdravá brokolička

24.3.2017
Zdroj:
L.M.Beaver et al., Long noncoding RNAs and sulforaphane: a target for chemoprevention and suppression of prostate cancer, April 2017, Journal of Nutritional Biochemistry, Volume 42, Pages 72–83, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jnutbio.2017.01.001
Zdroj
Chemická struktura sulforafamu.

Sulforafam, jehož chemickou strukturu vidíme na obrázku, patří mezi zdraví prospěšné fytochemikálie ze skupiny isothiokynátů. Nacházíme ho vázaný na cukry zejména v brukvovité zelenině, např. brokolici, kapustě, květáku a zelí. Teprve nyní se podařilo odhalit, jak sulforatam působí proti rakovině prostaty. Výrazně snižuje tvorbu dlouhých nekódujících řetězců ribonukleové kyseliny lncRNA (long non-coding RNA), kterou nacházíme ve velkém množství v rakovinných buňkách. Její přesnou roli v organismu neznáme. Víme jen, jak již název nepodívá, že nekóduje strukturu žádných bílkovin.

Zkamenělina sira Davida

23.3.2017
Zdroj:
D.J.Siveter et al., A new crustacean from the Herefordshire (Silurian) Lagerstätte, UK, and its significance in malacostracan evolution, Proc. R. Soc. B 2017 284 20170279, DOI: 10.1098/rspb.2017.0279, Published 22 March 2017
Zdroj
Rakovec Cascolus rativis, obr. D.J.Siveter et al., A new crustacean from the Herefordshire (Silurian) Lagerstätte, UK, and its significance in malacostracan evolution, Proc. R. Soc. B 2017 284 20170279, DOI: 10.1098/rspb.2017.0279, Published 22 March 2017.

Významnou poctu získal lord Attenborough za celoživotní popularizaci přírody. Britsko-americký paleontologický tým na jeho počet pojmenoval zkamenělinu 430 milionů let starého silurského členovce (viz obr., copy Siveter et al). Dobře zachovalá trojrozměrná fosilie pochází z usazenin sopečného popela v anglickém hrabství Herefordshire na waleské hranici. Patří do dodnes žijící třídy rakovců (Malacostraca), do které náleží rovněž raci nebo krevety. Pojmenovali ji Cascolus ravitis, což na první pohled jméno David Frederick Attenborough ani trochu nepřipomíná. Leč jenom na první pohled. Cascolus, složenina z latinských slov castrum (tvrz) a colus (přebývající) je překladem jména Attenborough ze staroangličtiny do latiny. Ravitis vzniklo složením Ratae, římského jména Leicestru, a vita, život. Tedy cosi jako v Leicestru přebývající. Autoři tím naráží na skutečnost, že svá mladá léta sir David prožil v kampusu Leicesterské university, kde jeho otec zastával manažerskou pozici. Projevili při tvorbě jména určitě více hravosti, znalostí i invence, než kdyby sáhli po pouhém Leptostraca attenboroughi, jak je běžné.

Chytrý kondenzátor

22.3.2017
Zdroj:
M.S.Sarwar et al., Bend, stretch, and touch: Locating a finger on an actively deformed transparent sensor array, Science Advances 15 Mar 2017, Vol 3, No. 3, e1602200, doi: 10.1126/sciadv.1602200
Zdroj
Nahoře schéma vodivých kanálků v elastických nevodivých vrstvách, dole fungování kapacitního senzoru. M.S.Sarwar et al., Bend, stretch, and touch: Locating a finger on an actively deformed transparent sensor array, Science Advances 15 Mar 2017, Vol 3, No. 3, e1602200, doi: 10.1126/sciadv.1602200.

Kapacitní klávesnice nebo touchpady jsou běžnou součástí mnoha elektronických zařízení. Doposud špatně rozlišují mezi různými mechanickými stimuly. Stlačení mohou vnímat stejně jako ohnutí nebo protažení. Tým prof. Johna Davida Wyndhama Maddena z University of British Columbia problém vyřešil. Zhotovili kapacitní klávesnici ze dvou rovnoběžných elastických vrstev z polydimethysiloxanu [-O-Si(CH3)2-]n. Každou z nich prochází rovnoběžné kanálky o průřezu 1 x 0,4 mm paralelně s povrchem, přičemž kanálky v jedné vrstvě jsou kolmé na kanálky ve vrstvě druhé. Překřížení funguje jako kondenzátory. V místě křížení se kanálky ve spodní vrstvě rozšiřují na 1,2 mm, v horní vytvářejí smyčku o vnitřním průměru 3 mm a vnějším 5 mm, jak vidíme na obrázku nahoře. Vnitřek kanálků obsahuje polyakrylamidový gel s chloridem sodným kvůli vodivosti. Na zvýšení kapacity nemá vliv pouze přiblížení elektrod (kanálků), čehož lze dosáhnout i protažením či ohnutím, nikoliv pouze stlačením. Protože díky prstencové elektrodě elektrické pole kondenzátoru uniká ven, kapacitu výrazně zvyšuje i přiložení špičky prstu (obr. dole). Tímto způsobem eliminovali vliv nežádoucích deformací na fungování kapacitní klávesnice.

Několik zajímavých videí o fungování nové kapacitní klávesnice najdeme zde:

1) Normální fungování

2) Fungování při ohnutí

3) Vícenásobný dotek

4) Odolnost při polití kávou

Hloubková mozková stimulace

21.3.2017
Zdroj:
Lipsman N. et al., Deep brain stimulation of the subcallosal cingulate for treatment-refractory anorexia nervosa: 1 year follow-up of an open-label trial, The Lancet Psychiatry, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S2215-0366(17)30076-7
Zdroj
Zdroj:
B.H.Bewernick et al., Deep brain stimulation to the medial forebrain bundle for depression- long-term outcomes and a novel data analysis strategy, Brain Stimulation, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.brs.2017.01.581
Zdroj
Povrch pravé mozkové hemisféry ze středové (mediání) roviny, vlevo je vpředu. Oblast Gyrus cynguli vyznačena žlutě, Gray727_cingulate_gyrus.png: Brodmann, Mysid. Colured by was_a_bee. Gray727.svg: Mysid derivative work: Boskoop (Gray727_cingulate_gyrus.png Gray727.svg) [Public domain], via Wikimedia Commons.

je psychiatrická léčebná metoda, při níž elektrody voperované do mozku dráždí vybrané oblasti. Přestože umístění elektrod do nitra mozku vypadá na první pohled hrozivě, jde o celkem běžný zákrok. Lékaři ho využívají zejména při léčbě Parkinsonovy choroby. Úspěšně probíhá i léčba depresí. Nir Lipsman se svými kolegy z University of Toronto zaznamenal úspěchy při léčbě anorektiček. Po dobu jednoho roku dráždili každých 90 sekund napětím 5 - 6,5 Voltu oblast mozku zvanou Gyrus cinguli, na obrázku vyznačena žlutě. Jde o důležitou součást tzv. limbického systému, který zodpovídá za emoční reakce na podněty.

Keramické sklo

20.3.2017
Zdroj:
Nishiyama, N. et al. Transparent polycrystalline cubic silicon nitride. Sci. Rep. 7, 44755; doi: 10.1038/srep44755 (2017)
Zdroj
Průhledná keramika z nitridu křemičitého, foto Nishiyama, N. et al. Transparent polycrystalline cubic silicon nitride. Sci. Rep. 7, 44755; doi: 10.1038/srep44755 (2017).

Extrémně pevný, odolný a průhledný materiál připravil japonsko-německý vědecký tým. Jde o polykrystalický kubický nitrid křemičitý Si3N4, po diamantu a kubickém nitridu boritém BN třetí nejtvrdší materiál. Dobře propouští viditelné a blízké infračervené záření. Oproti nitridu boritém i diamantu, který vydrží na vzduchu do 750 oC, odolá mnohem vyšší teplotě, až 1.400 oC. Bez problému z něj půjde zhotovit průhledy do prostorů s extrémním prostředím, jako např. válce spalovacích motorů. Příprava není snadná. Vzniká za teploty 1.800 oC při tlaku 15,6 GPa, což je 156 tisíckrát více, než normální tlak atmosférický. Nevelký kousek, který zatím vznikl, vidíme na obrázku, foto Nishiyama, N. et al. Transparent polycrystalline cubic silicon nitride. Sci. Rep. 7, 44755; doi: 10.1038/srep44755 (2017).

Svítící rosnička

19.3.2017
Zdroj:
C.Taboada et al., Naturally occurring fluorescence in frogs, PNAS March 13, 2017 , doi: 10.1073/pnas.1701053114
Zdroj
V přirozeném osvětlení měsíční noci žabička po excitaci svítí zeleně (nahoře). Ve středu vlastní fluorescence po odfiltrování všech ostatních vlnových délek (C.Taboada et al., Naturally occurring fluorescence in frogs, PNAS March 13, 2017 , doi: 10.1073/pnas.1701053114). Dole chemická struktura hyloinu L1.

Argentinsko-brazilský biologický tým odhalil, že jihoamerická rosnička tečkovaná (Hypsiboas punctatus) svítí vlastní fluorescencí. Excitace vlnovou délkou 405 nm způsobuje vyzařování modrého světla v oblasti 430 - 490 nm. V přirozeném osvětlení měsíční noci žabička po excitaci svítí zeleně, protože vnímáme i veškeré odražené světlo (obr. nahoře). Ve středu obrázku vidíme vlastní fluorescenci po odfiltrování všech ostatních vlnových délek (C.Taboada et al., Naturally occurring fluorescence in frogs, PNAS March 13, 2017 , doi: 10.1073/pnas.1701053114). U suchozemských obratlovců jde o velmi neobvyklý jev, pozorovaný dříve jen u některých papoušků. Za fluorescenci rosničky odpovídají sloučeniny zvané hyloiny. Chemickou strukturu jednoho z nich, hyloinu L1, vidíme dole na obrázku. Za zmínku rovněž stojí, že jde o čistě jihoamerickou vědeckou práci, jak z personálního, tak finančního hlediska. Práce vědců mimo tradiční severoamericko-evropskou oblast stále nabývá na významu.

Zobrazení slinivky

18.3.2017
Zdroj:
Parween, S. et al. Intra-islet lesions and lobular variations in ß-cell mass expansion in ob/ob mice revealed by 3D imaging of intact pancreas. Sci. Rep. 6, 34885; doi: 10.1038/srep34885 (2016).
Zdroj
Zobrazení slinivky myši optickou tomografií. Barevné tečky představují Langerhansovy ostrůvky, ostatní tkáň slinivky je šedá (Parween, S. et al. Intra-islet lesions and lobular variations in ß-cell mass expansion in ob/ob mice revealed by 3D imaging of intact pancreas. Sci. Rep. 6, 34885; doi: 10.1038/srep34885 (2016)).

Pronikání glukózy do buněk spouští velmi důležitý hormon inzulin. Produkují ho shluky buněk ve slinivce břišní, tzv. Langerhansovy ostrůvky. Diabetici ho mají nedostatek, což způsobuje zvýšenou koncentraci glukózy v krvi. Novou metodu sledování množství Langerhansových ostrůvků ve slinivce vyvinul tým prof.Ulfa Ahlgrena ze švédské Umeaské univerzity. Jejich trojrozměrné zobrazení vytvořil pomocí optické tomografie a Langerhansových ostrůvků značených pomocí inzulinových protilátek. Na obrázku (foto Ulf Ahlgren) vidíme zdravou slinivku myši. Barevné tečky představují Langerhansovy ostrůvky, ostatní tkáň slinivky je šedá. V horní části byla digitálně odstraněna. Animaci téhož shlédneme zde.

Chemická zbraň roztočů

17.3.2017
Zdroj:
A Brückner et al, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2017, DOI: 10.1073/pnas.1618327114
Zdroj
Hydrolýza mandelonitril hexanoátu na kyanovodík, kyselinu hexanovou (kapronovou) a benzaldehyd.

Nepatrní půdní roztoči Oribatula tibialis se brání pomocí kyanovodíku HCN. Mezi pavoukovci (Arachnida) není využití toxinů žádnou výjimkou. Použití kyanovodíku u pancířníků (Oribatei) je ojedinělé, setkáváme se s ním u rostlin nebo hmyzu. Aby se drobný roztoč sám neotrávil, v mazových žlázách své kutikuly skladuje sloučeninu mandelonitril hexanoát. Při styku s vodou hydrolyzuje na kyanovodík. Pokusí-li se roztoče pozřít nějaký predátor, třeba stonožka, čeká ji nepříjemné překvapení v okamžiku, kdy svými slinami smočí potenciální kořist. Schéma celého procesu vidíme na obrázku. Voda rozkládá mandelonitril hexanoát na kyanovodík, kyselinu hexanovou (kapronovou) a benzaldehyd.

Proti skrytým virům

16.3.2017
Zdroj:
CD32a is a marker of CD4 T cell HIV reservoir harboring replication-competent provirus. Benjamin Descours, Gaël Petitjean, José-Luis López-Zaragoza, Timothée Bruel, Raoul Raffel, Christina Psomas, Jacques Reynes, Christine Lacabaratz, Yves Levy, Olivier Schwartz, Jean Daniel Lelievre & Monsef Benkirane. Nature, 15 March 2017. DOI: 10.1038/nature21710
Zdroj
Schematický náčrtek řezu virionem HIV. Uvnitř najdeme DNA, kulatou schránku tvoří bílkoviny (obr.Universtiy of Oregon).

Přes veškerý dosažený pokrok stále nezvládáme úplně potlačit HIV infekci. Moderní účinné přípravky zatlačí viry do defenzivy a zabraňují jim fungovat. Uvnitř některých buněk přesto ve skrytu přežívá pár virionů, které najít a zničit nedokážeme. Přestaneme-li užívat antivirotika, infekce může znovu propuknout naplno. Velkého úspěchu dosáhl francouzský vědecký tým, který identifikoval bílkovinu na povrchu infikovaných buněk, kde se bez přítomnosti HIV nevyskytuje. V laboratorních podmínkách studovali nakažený typ bílých krvinek zvaných T-lymfocyty CD4. Přítomnost několika virionů zvyšuje expresi 103 genů. Šestnáct z nich produkuje proteiny, který se zabudovávají do buněčné membrány. Z nich jediný receptor CD32a pro Fc fragment protilátky imunoglobulin G na povrch zdravých buněk neproniká. Léčbu bude možné cílit na takto označkované buňky. Jejich přítomnost potvrdili i v krevních vzorcích infikovaných osob. Na obrázku vidíme schematický náčrtek řezu virionem HIV. Uvnitř najdeme DNA, kulatou schránku tvoří bílkoviny (obr.Universtiy of Oregon).

Žraví pavouci

15.3.2017
Zdroj:
Martin Nyffeler & Klaus Birkhofer, An estimated 400-800 million tons of prey are annually killed by the global spider community, The Science of Nature (2017), doi: 10.1007/s00114-017-1440-1
Zdroj
Skákavka tajemná (Phidippus mystaceus) požírající  ulovený hmyz řádu doukřídlých (Diptera, podřád Nematocera), foto David E. Hill, Peckham Society, Simpsonville, South Carolina.

Pavouci (řád Araneae) se svými 45.000 druhy a hustotou až 1.000 jedinců na metr čtvereční představují nejrozšířenější predátory Zeměkoule. Podle odhadů Martina Nyffelera z Basilejské univerzity a Klause Birkhofera z Lundské univerzity ročně snědí neuvěřitelných 400 až 800 milionů tun hmyzu (třída Insecta) a chvostoskoků (řád Collembola), což představuje zhruba 90% kořisti, kterou uloví. Váhá celé pavoučí populace dosahuje pravděpodobně 25 milionů tun. Pro srovnání, podle agentury OSN Organizace pro výživu a zemědělství celková konzumace masa včetně ryb celé naší populace činí 400 milionů tun. Skákavku tajemnou (Phidippus mystaceus) požírající ulovený hmyz řádu doukřídlých (Diptera, podřád Nematocera) vidíme na obrázku (foto David E. Hill, Peckham Society, Simpsonville, South Carolina).

Renata Milerová 16.3.2017: ???? Hustota tisíc jedinců na metr čtvereční? A to kde?

17.3.2017: V lesích a savanách.

Léčba neandrtálců

14.3.2017
Zdroj:
L.S.Weyrich et al., Neanderthal behaviour, diet, and disease inferred from ancient DNA in dental calculus, Nature (2017) doi:10.1038/nature21674
Zdroj
Chemická struktura kyseliny acetylsalicylové.

Analýza DNA zachycené v zubním plaku pozůstatků neandrtálců (Homo sapiens neanderthalensis) přináší mnoho zajímavých informací nejenom o stravě. Ve španělské jeskyni El Sidrón nalezli a prozkoumali paleontologové pozůstatky jedince, které se léčil acylpyrinem a možná i antibiotiky. DNA v jeho plaku ukazuje, že pojídal vrbovou kůru (čeleď Salicaceae), která obsahuje kyselinu acetylsalicylovou (viz obr.), účinnou látku léků acylpyrinu či aspirinu. Léčivé účinky odvaru znali lidé již ve starověku. Údajně bylo pozorováno také okusování vrb nemocnými zvířaty. Důležité je, že genetické stopy vrby pocházejí z plaku toliko jedince s čelistním abscesem tak velkým, že poškodil i kost. Možná přistoupil i k léčbě antibiotiky, protože v jeho plaku se nachází i DNA štětičkovců (rod hub Penicillium), z nichž pochází nejstarší známé antibiotikum penicilin. Jeho chemickou strukturu uvidíme zde. Rovněž na rozdíl od ostatních trpěl jednobuněčnou parazitickou houbou Enterocytozoon bieneusi, která napadá střevní sliznice a způsobuje průjmy. Zkoumané nálezy dosahují stáří 42.000 až 50.000 let.

Vlastislav Výprachtický 15.3.2017: Nálezy těl v jeskyních mohou k těmto poznatkům dobře posloužit. Avšak nemělo by se zapomínat i na léčbu dýmem a další prvky možných léčebných postupů, takové stopy by se tam mohly nalézt.

Dlouhověkost královen

13.3.2017
Zdroj:
Tasaki E, Kobayashi K, Matsuura K, Iuchi Y (2017) An Efficient Antioxidant System in a Long-Lived Termite Queen. PLoS ONE 12(1): e0167412. doi:10.1371/journal.pone.0167412
Zdroj
Termiti R.speratus. Královny označuje šipka (Tasaki E, Kobayashi K, Matsuura K, Iuchi Y (2017) An Efficient Antioxidant System in a Long-Lived Termite Queen. PLoS ONE 12(1): e0167412. doi:10.1371/journal.pone.0167412).

Plodné samice sociálně žijícího hmyzu, tzv. královny, žijí při zachování plodnosti mnohem déle než ostatní příslušníci jejího druhu (dělníci, vojáci). Zkoumání termitů (Isoptera) druhu Reticulitermes speratus ukazuje, že příčinou je mnohem silnější ochrana před oxidativním stresem. Aktivita enzymu kataláza je u královen R.speratus dvojnásobná oproti dělníkům i osamoceně žijícímu hmyzu, ale i sociálních blanokřídlých (mravenci, včely). U nich příčinu dlouhověkosti královen musíme hledat jinde. Termity R.speratus vidíme na obrázku. Královny označuje šipka (Tasaki E, Kobayashi K, Matsuura K, Iuchi Y (2017) An Efficient Antioxidant System in a Long-Lived Termite Queen. PLoS ONE 12(1): e0167412. doi:10.1371/journal.pone.0167412).

Lorenziniho ampule

12.3.2017
Zdroj:
N.W.Bellono et al., Molecular basis of ancestral vertebrate electroreception, Nature (2017), doi:10.1038/nature21401
Zdroj
Rejnok bodlinatý (Leucoraja erinacea), foto Andy Martinez/NOAA, via Wikimedia Commons, public domain.

jsou důležitým smyslovým orgánem žraloků a rejnoků. Kromě jiného registrují nepatrné změny elektrického pole způsobené pohyby svalů potenciální kořisti. Rejnok bodlinatý (Leucoraja erinacea) z čeledi rejnokovitých (Rajidae) registruje změny až do 5 nV/cm. Vidíme ho na obrázku (foto Andy Martinez/NOAA, via Wikimedia Commons, public domain). Molekulární základ velké citlivosti příslušných senzorických buněk popsali Nicholas W. Bellono, Duncan B. Leitch a David Julius z University of California v San Francisku. Zodpovídá za něj dvojice spolupracujících iontových kanálů v buněčných membránách - vápenatého a draselného. Velmi nízké změny elektrického pole, mnohem nižší než u obdobných bílkovinných struktur jiných živočichů, způsobí jejich otevření. Kationty Ca2+, resp. K+ jimi volně proudí, což změní potenciály buněčných membrán. Vzniklý signál nervová vlákna přenáší do mozku. Lze očekávat, že u všech přícnoústých vnímání elektrického pole funguje podobně. Podtřída příčnoústých (Elasmobranchii) zahrnuje žraloky (Selachimorpha) a rejnoky (Batoidea).

Grafenový komplex

11.3.2017
Zdroj:
Xiaoxiao Qiao et al, Well-Defined Nanographene–Rhenium Complex as an Efficient Electrocatalyst and Photocatalyst for Selective COReduction, Journal of the American Chemical Society (2017). DOI: 10.1021/jacs.6b12530
Zdroj
Chemická struktura komplexu grafenu s rheniem Re.

Komplexní sloučeninu z malého plátku grafenu a kationtu rhenia připravil Xiaoxiao Qiao se svými kolegy z Indiana University. Jde o velmi účinný fotokatalyzátor redukce oxid uhličitého CO2 na oxid uhelnatý CO. Způsobuje to rozsáhlá oblast s delokalizovanými elektrony zahrnující jak grafen, tak d orbitaly iontu rhenia. Jeho chemickou strukturu vidíme na obrázku. Energii pro chemickou reakci dodá sluneční záření. Oxid uhelnatý lze použít jako surovinu pro chemickou syntézu anebo palivo pro spalování přímé nebo v palivových článcích.

Pavel Č. 13.3.2017: Dobrý den, dá se to chápat tak, že lze tímto způsobem odbourávat CO2 (třeba z atmosféry) ??díky

14.3.2017: Možná ano, ale od fungujícího katalyzátoru k průmyslovému užití je ještě dlouhá cesta. Koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře dosahuje pouze 0,04%, takže reakce bude velmi pomalá.

Opravitelná neprůstřelná vesta

10.3.2017
Zdroj:
U.S. Patent #9,285,191; Polymer Coatings for Enhanced and Field-Repairable Transparent Armor
Zdroj
Průhledný materiál na neprůstřelné vesty (U.S. Naval Research Laboratory).

Neprůstřelný materiál vhodný pro výrobu ochranných vest vyvinuli v U.S. Naval Research Laboratory. Tvoří ho strukturované elastické polymery, konkrétně střídající se tenké vrstvy polymočoviny [-NHCONHRNHCONH-]n a polyisobutylenu [-CH2C(CH3)2-]n. Jak vidíme na obrázku (U.S. Naval Research Laboratory), materiál je krásně průhledný. Cíleně připravené malé krystalky plastů umožňují světlu procházet. Vysoká pružnost umožňuje pohodlnější nošení než dosavadní mnohem tužší vesty z uhlíkových vláken. Oba použité polymery jsou termoplastické, což umožňuje opravu poškozené vesty v polních podmínkách. Poškozené místo stačí zahřát na zhruba 100 oC a praskliny slinou.

Hojení lebky

9.3.2017
Zdroj:
Dumanian ZP, Tollemar V, Ye J, Lu M, Zhu Y, Liao J, et al. (2017) Repair of critical sized cranial defects with BMP9-transduced calvarial cells delivered in a thermoresponsive scaffold. PLoS ONE 12(3): e0172327. doi:10.1371/journal.pone.0172327
Zdroj
V levém sloupci je celá myší lebka se žlutě vyznačenou odstraněnou částí, vpravo detail hojícího se poranění (Dumanian ZP, Tollemar V, Ye J, Lu M, Zhu Y, Liao J, et al. (2017) Repair of critical sized cranial defects with BMP9-transduced calvarial cells delivered in a thermoresponsive scaffold. PLoS ONE 12(3):e0172327.doi:10.1371/journal. pone.0172327).

Metodu hojení rozsáhlejších poranění lebky otestoval zatím na myších lékařský tým z Northwestern University v Evanstonu a University of Chicago. Vyšli z kostních kmenových buněk, které geneticky modifikovali, aby produkovali růstový faktor BMP-9. Jde o bílkovinu, kterou již dříve otestovali, že nejvíce podporuje růst plochých kostí. Geneticky modifikované buňky smísili se speciálním hydrofilním gelem z poly(polyethylenglykolcitrátu-co-N-isopropylakrylamidu) s přídavkem 0,2% želatiny. Vzniklou směsí zaplnili chybějící místa na lebce. Hojení probíhalo kromobyčejně dobře. Práci usnadňuje důležitá vlastnost použitého polymeru. Za normální teploty je tekutý, při teplotě lidského těla ztuhne na gel a neteče. Postup hojení po týdnech vidíme na obrázku. V levém sloupci je celá myší lebka se žlutě vyznačenou odstraněnou částí, vpravo detail hojícího se poranění (Dumanian ZP, Tollemar V, Ye J, Lu M, Zhu Y, Liao J, et al. (2017) Repair of critical sized cranial defects with BMP9-transduced calvarial cells delivered in a thermoresponsive scaffold. PLoS ONE 12(3):e0172327.doi:10.1371/journal. pone.0172327).

Saje ropu jak houba

8.3.2017
Zdroj:
S.Ahmed et al., A Nanoselenium Sponge for Instantaneous Mercury Removal to Undetectable Levels, Adv. Funct. Mater. 2017, 1606572, DOI: 10.1002/adfm.201606572
Zdroj
Chemická struktura polyuretanu.

Materiál, který odsává uhlovodíky z vodních povrchů ve velkém, připravil Seth Darling se svými kolegy z Argonne National Laboratory v Illinois. Výrazně tím usnadní odstraňování ropného znečištění vod. Nasaje až 90 x více ropy než sám váží. Základem je polyuretanová pěna (chemická struktura viz obr.) pokrytá po celém povrchu silanem SiH4, jehož afinita k uhlovodíkům je extrémně vysoká. K obnovení původní funkčnosti a získání zachycené ropy postačí jednoduchý válcový lis. Přes obrázek nebo zde spustíme video s ukázkami fungování.

19.4.2017: Polyuretanová houba vyztužená nanočásticemi selenu extrémně dobře odstraňuje rtuť z vody za vzniku stabilního biologicky neodbouratelného selenidu rtuťnatého HgSe. Velmi rychle sníží její koncentraci pod 0,2 ng/l, což je detekční limit současných metod. Vysoká afinita selenu ke rtuti zajišťuje, že použitou houbu lze ukládat na skládku bez nebezpečí uvolnění škodlivých látek do prostředí.

Chemické laso

7.3.2017
Zdroj:
Y.Wang et al., Radically promoted formation of a molecular lasso, Chem. Sci., 2017, Advance Article, 16 Jan 2017, DOI: 10.1039/C6SC05035B
Zdroj
Chemické laso lorda Stoddarta.

Zajímavou chemickou sloučeninu, která připomíná miniaturní laso, připravili chemici v laboratoři sira J. Frasera Stoddarta z Northwestern University v illinoiském Evanstonu. Jeden konec molekuly lze provléknout skrz cyklus na jejím opačném konci. Její strukturu vidíme na obrázku v rozvinuté a smotané podobě. Protože jde o kationt, jeho náboj kompenzuje šestice hexaflurofosfátových aniontů PF6-. Za syntézu obdobných sloučenin získal lord Stoddard loňského roku Nobelovu cenu.

akademon.cz 5.10.2016: Nobelova cena za chemii 2016

Ze zubů zobák

6.3.2017
Zdroj:
Wang, Shuo et al., Extreme Ontogenetic Changes in a Ceratosaurian Theropod, Current Biology , Volume 27 , Issue 1 , 144 - 148
Zdroj
Umělecká rekonstrukce dinosaurů Limusaurus inextricabilis v jejich prostředí (obr. Yu Chen).

Zkamenělé pozůstatky 19 jedinců různého věku drobného teropodního dinosaura Limusaurus inextricabilis z pozdní jury umožnily čínsko-americko-francouzskému paleontologickému týmu popsat ještěrovo dospívání. Zajímavé je, že v čelistech mláďat rostou zuby, zatímco čelisti dospělých jsou bezzubé a připomínají spíše zobák. Tak extrémní změna během dospívání obratlovců není příliš obvyklá. Z všežravých mláďat vyrostli býložravci. Dokládá to i analýza izotopů a přítomnost gastrolitů v žaludcích dospělých jedinců. Pomáhaly jim při rozmělňování rostlinné potravy, jakož i ostatním býložravým bezzubým tvorům. Ztrátu zubů během dospívání pozorujeme i u současných ptakopysků. Mladí jedinci mají trojhranné stoličky, o které v dospělosti přicházejí. Fosilie zkoumaných dinosaurů Limusaurus inextricabilis pocházejí z formace Shishugou v čínské provincii Xinjiang. Hlavní zásluhy o jejich průzkum mají Shuo Wang a Xing Xu z Čínské akademie věd. Uměleckou rekonstrukci tvorů v jejich prostředí vidíme na obrázku (obr. Yu Chen).

Krvelačný křeček

5.3.2017
Zdroj:
Mathilde L. Tissier et al. Diets derived from maize monoculture cause maternal infanticides in the endangered European hamster due to a vitamin B3 deficiency, Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (2017). DOI: 10.1098/rspb.2016.2168
Zdroj
Chemická struktura aminokyseliny tryptofanu (vlevo) a vitaminu B3 (vpravo) spolu s křečkem polním (foto Frédéric Burner, public domain, via Wikimedia Commons).

Jednostranná strava tvořená kukuřicí přemění samice křečka polního (Cricetus cricetus) na šelmy požírající své vlastní potomky. Způsobuje to nedostatek vitaminu B3 v kukuřičné stravě, takže ho doplňují z vlastních zdrojů. V monokulturách kukuřice nemají nevelcí živočichové možnost svou potravu obohatit jinými rostlinnými zdroji. Kromě nedospělých potomků sotva mohou cokoliv ulovit. Populace křečka polního v západní Evropě i proto klesla natolik, že nyní patří mezi ohrožené druhy. U lidí způsobuje nedostatek vitaminu B3 onemocnění zvané pelagra, projevující se přecitlivělostí a záněty kůže, průjmy, nechutenstvím a demencí. Postihuje osoby, závislé na kukuřičné stravě. Rozšířená byla zejména v latinské Americe. Vitamin B3 neboli niacin neboli kyselina nikotinová vzniká z aminokyseliny tryptofanu, které v kukuřici seté (Zea mays) rovněž mnoho nenajdeme. Chemickou strukturu obou sloučenin vidíme na obrázku spolu s křečkem polním (foto Frédéric Burner, public domain, via Wikimedia Commons).

Celulóza a cévy ve 3D tisku

4.3.2017
Chemická struktura acetylcelulózy.

Řady materiálů pro 3D tisk z plastů pomocí jednoduchých tiskáren rozšířili experti z MIT. Podařilo se jim vyvinout technologii tisku z celulózy, která je nejrozšířenější polymer na Zemi. Zároveň je biodegradabilní a patří k obnovitelným zdrojům, protože ji vytvářejí ve velkém rostliny. Sebastian W. Pattinson a A.John Hart z Massachusetts Institute of Technology v americké Cambridge tisknou pomocí roztoku acetátu celulózy v acetonu. Acetylcelulóza je ester celulózy a kyseliny octové a na rozdíl od nemodifikované celulózy je dobře rozpustná v organických rozpouštědlech. Její chemickou strukturu vidíme na obrázku. Jako plastické hmoty se jí využívá již přes sto let pro výrobu vláken a nejrůznějších dalších výrobků. Po vytištění se na hotový výrobek působí roztokem hydroxidu sodného, který oddělí acetylové skupiny. Jednotlivé makromolekuly se navzájem propojí vodíkovými vazbami, v důsledku čehož podstatně vzroste pevnost výrobku. Nový produkt by mohl vhodně doplnit dosud užívané polymery kyselinu polymléčnou a ABS (akrylonitril-butadien-styren).

Zásadního pokroku při 3D tisku orgánů pro výzkum i transplantace dosáhl Wei Zhu spolu s dalšími kolegy z týmu prof. Shaochena Chena. Ze směsi živých buněk a vodného gelu vytvořili síť cévních svazků, které jsou nezbytné pro zásobování každého orgánu krví. Dosavadní experimenty jiných vědeckých týmů spočívaly ve vytváření tkání samotných orgánů, jež bez cév nemohou fungovat.

Znáte moukeň?

3.3.2017
Zralé plody moukně ztepilé (Bactris gasipaes) na fotografii Dioga Lagroteria.

Pralesy Amazonie pokládáme za neporušenou divočinu. Opak dokazuje rozsáhlá studie, kterou provedl po celém území Amazonie kromobyčejně početný vědecký tým čítající desítky expertů zejména z Jižní Ameriky a Spojených států. Za současné zastoupení jednotlivých dřevin výrazně odpovídá předkolumbovská civilizace v oblasti. S 85 druhy, které tehdejší lidé domestikovali, se můžeme setkat pětkrát častěji než s ostatními. Vyplývá to z porovnání zastoupení jednotlivých druhů blízko a daleko archeologických nalezišť. Na fotografii Dioga Lagroteria vidíme plody moukně ztepilé (Bactris gasipaes), jednoho z tehdy domestikovaných druhů.

akademon.cz 2.9.2002: Terra preta do Indio

akademon.cz 19.9.2003: Ztracená civilizace Amazonie

akademon.cz 15.5.2006: Další důkaz zaniklé civilizace v Amazonii

akademon.cz 6.10.2008: Stará města v Amazonii

Spící mozek neodpočívá

1.3.2017

Během spánku dochází v našem mozku k důležitým změnám. Na spojích jednotlivých nervových buněk mozkové kůry, které nazýváme synapse, probíhají procesy, které bychom mohli označit jako reset. Luisa de Vivo se svými kolegy z University of Wisconsin - Madison prozkoumala pomocí elektronového mikroskopu na 7.000 synapsí mozkové kůry laboratorních myší. Během spánku klesá jak plocha kontaktu nervových buněk, tzv. synaptická štěrbina, tak i objem přilehlé části axonu (dlouhého výběžku) nervové buňky. Během dne totiž plochy synapsí v souvislosti s učením a pamětí rostou. Bez popsané nočního zresetování by mozek velmi brzy nemohl správně fungovat. Jak zjistil Graham H.Diering se svými kolegy z Johns Hopkins University v Baltimoru, během spánku se mění i chemické složení synapsí. Asi o 20% klesne množství receptorů, v membráně částečně zanořených bílkovin, které hrají klíčovou roli při přenosu signálu. Proces nočních změn spouští bílkovina zvaná Homer1a, která vzniká v době, kdy pociťujeme ospalost.

Diskuse/Aktualizace