Prvok proniká do mozku

29.8.2017
Zdroj:
Bashyal B, Li L, Bains T, Debnath A, LaBarbera DV (2017) Larrea tridentata: A novel source for anti-parasitic agents active against Entamoeba histolytica, Giardia lamblia and Naegleria fowleri. PLoS Negl Trop Dis 11(8): e0005832. https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0005832
Zdroj
Larea trojzubá v Údolí smrti (foto Dcrjsr (Own work) [CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0)], via Wikimedia Commons). Vlevo nahoře chemická struktura kyseliny nordihydroguaiaretové.

Nebezpečný prvok Naegleria fowleri při koupání ve sladké vodě lehce vnikne do nosní dutiny, pronikne přes sliznici a podél čichového nervu doputuje do mozku. Způsobí zánět, hynutí mozkových buněk, následuje kóma a smrt. Naštěstí nejde o časté onemocnění. Největší epidemie na světě proběhla v Ústí nad Labem v letech 1962 - 1965. Zemřelo 16 plavců, kteří se nakazili v bazénu.

Léčba amébové meningoencefalitidy není snadná, protože nedisponujeme takovým spektrem účinných látek, jako jsou antibiotika proti bakteriím. Potěší proto výsledky posledních výzkumů keře Larea trojzubá (Larrea tridentata, angl. creosote bush nebo greasewood), který hojně roste na jihozápadě Severní Ameriky (viz obr). Obsahuje deriváty kyseliny nordihydroguaiaretové (angl. nordihydroguaiaretic acid, struktura viz obr.), která je proti N.fowleri účinnější než dosavadní nejlepší léčivo miltefosin.

Spoluautor výzkumu, Anjah Debnath z University of California v San Diegu, o své práci říká: "...ukazuje význam hledání nových léčiv v rostlinách, které původní obyvatelé tradičně využívali při léčbě."

Život blbouna

27.8.2017
Zdroj:
D.Angst, Bone histology sheds new light on the ecology of the dodo (Raphus cucullatus, Aves, Columbiformes), Scientific Reports 7, Article number: 7993 (2017) doi:10.1038/s41598-017-08536-3
Zdroj
Kresba dronteho mauricijského (Frederick William Frohawk, Public domain, via Wikimedia Commons).

Zajímavé detaily ze života nelétavého ptáka dronteho mauricijského (Raphus cucullatus), dříve zvaného blboun nejapný, rekonstruovali biologové histologicky z jeho kostí. Histologie je nauka zabývající se mikroskopických studiem tkání a z nich složených orgánů. Zjistili, že mláďata dronteho se líhla z vajec v srpnu. Rostla rychle, aby přežila letní období cyklonů, začínající v listopadu. Až do března, kdy končí, není na ostrově Mauricius dostatek ovoce, hlavní potravy těchto přerostlých holubů (společná čeleď holubovití Columbidae). Pelichání započalo ihned po snesení vajec, aby před dalším tokem dorostli do plné krásy.

Podobné informace nám přináší v současnosti spíše moderní genetické studie. Jak vidíme, klasické metody zdaleka neřekly poslední slovo. Porovnání struktury 22 kostí různých jedinců odlišného biologického stáří zjevně přineslo zajímavé údaje. Dronteho hmotnost během roku silně kolísala, protože se potřeboval pořádně vykrmit před zahájením hubeného léta. Vyznačoval se velkou žravostí. Alfred Brehm ve svém Životě zvířat uvádí: „Zvláštní pozornost budila veliká schopnost trávicí tohoto ptáka...“ (sv.V (Ptáci II), str.444, Nakladatelství J.Otto, Praha 1927). Vyžraný vážil přes 20 kg.

Údajně vyhynul, protože pro námořníky velký pták představoval snadnou kořist a čerstvé sousto. Dle některých svědectví měl maso tuhé a nedobré. Za jeho vymizení mohou nejspíš člověkem dovezená prasata, krysy a opice, jež si smlsly na drontích vejcích a mláďatech. Těžko můžeme posoudit, zdali dronteho maso bylo pro námořníky v 16. a 17.století po týdnech nedobré, nečerstvé a jednotvárné lodní stravy skutečně tak nedobré. Kresbu dronteho vidíme na obrázku (Frederick William Frohawk, Public domain, via Wikimedia Commons).

Pavel 30.8.2017: Na Mauriciu se prováděl archeologický průzkum tábořišť námořníků, a v odpadcích se nenašly téměř žádné kosti dronteů. Zato spousta kostí prasat a koz. Takže maso dronteů asi opravdu bylo nepoživatelné i pro námořníky vyhladovělé po týdnech plavby po moři.

Osamocené housenky

25.8.2017
Zdroj:
T.J.Hammer et al., Caterpillars lack a resident gut microbiome, PNAS August 22, 2017, doi: 10.1073/pnas.1707186114
Zdroj
Larva (housenka) motýla monarcha stěhovavý (Danaus plexippus), foto Derek Ramsey/derekramsey.com, via Wikimedia Commons.

Housenky mají podstatně méně střevních bakterií a hub než ostatní živočichové. Nezdá se ani, že by při jejich trávení hrály významnou roli. Jde o dosti překvapující zjištění, protože bez střevních mikroorganismů by ostatní zvířata dlouhodobě nepřežila. Zvláště významnou roli hrají u býložravců. Analýza DNA z housenčího trusu nasbíraného v Coloradu, Arizoně, New Hampshiru, Massachusetts a Kostarice, ukázala, že v nich žije 50.000 krát méně mikroorganismů. A i ty nejspíš pocházejí z náhodného pozření, protože šlo vesměs o bakterie žijící na listech, jež tvořily potravu sledovaných housenek.

Vzhledem ke svému jednoduchému životu, který nezahrnuje nic jiného než žraní, si housenky vystačí bez podpory mikroorganismů. Housenkou míníme larvy motýlů (řád Lepidoptera). Na obrázku vidíme larvu motýla monarcha stěhovavý (Danaus plexippus).

Tajemství smrti

24.8.2017
Kresba plně vyzbrojené ponorky L.H.Hunely (Lance RM, Stalcup L, Wojtylak B, Bass CR (2017) Air blast injuries killed the crew of the submarine H.L. Hunley. PLoS ONE 12(8): e0182244. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0182244). Pojmenování torpédo pro nálož zřejmě odpovídá tehdejší terminologii. Torpédem dnes rozumíme zbraň schopnou samostatného pohybu.  V dnešní terminologii bychom pro výzbroj Hunleyho použili výraz nálož nebo mina.

posádky ponorky H.L.Hunley, jež jako vůbec první potopila nepřátelské plavidlo, odhalila tři roky trvající studie expertů z Duke University. 17.února 1864 během americké občanské války připevnila posádka ponorky plující pod vlajkou Konfederace (Jih) nálož 61 kg černého prachu k trupu válečné lodi U.S.S.Housatonic pod vlajkou Severu blokující Charleston Harbor v Jižní Karolíně. Následná exploze potopila obě plavidla. Kresbu plně vyzbrojené ponorky včetně nálože vidíme na obrázku (Lance RM, Stalcup L, Wojtylak B, Bass CR (2017) Air blast injuries killed the crew of the submarine H.L. Hunley. PLoS ONE 12(8): e0182244. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0182244).

Vrak ponorky se podařilo nalézt v roce 1995 zhruba 300 m od vraku Housatonicu. Po vyzvednutí přes 12 m dlouhé trupu v roce 2000 došlo i na průzkum. Nalezené kostry členů posádky v bojových pozicích neutrpěly žádné zlomeniny. Po experimentálních explozích střelného prachu o tehdejším složení a studování vlivu na historicky přesné ocelové pláty dospěli experti k závěru, že tlaková vlna z příliš blízké exploze roztrhala posádce plíce.

Přes úspěch zahubila ponorka H.L.Hunley, pojmenovaná po svém konstruktérovi, více vlastních lidí než nepřátel. Při dvou cvičných plavbách zahynulo třináct členů posádky včetně H.L.Hunleyho. Během prvního a posledního úspěšného útoku zemřela celá osmičlenná posádka. Napadený U.S.S.Housatonic klesl ke dnu během několika minut, nicméně pouze s pěti námořníky. Zbylých 145 členů posádky zachránily ostatní nepříliš vzdálené lodi severní flotily.

Recyklace moči

23.8.2017
Mikroskopický snímek kvasinek Yarrowia lipolytica v 400 násobném zvětšení po obarvení methylenovou modří  (A doubt (Own work) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons).

O technologii, jak z moči získávat užitečné sloučeniny, přednášel Mark A. Blenner z Clemson University v Jižní Karolíně na právě probíhající 254.národní konferenci Americké Chemické společnosti (American Chemical Society) ve Washingtonu. Moč je cenným zdrojem dusíku, který obsahuje zejména ve formě močoviny NH2CONH2. Zpracovává ji na omega-3 mastné kyseliny a suroviny pro výrobu plastů pomocí kvasinek Yarrowia lipolytica. Na obrázku vidíme jejich mikroskopický snímek v 400 násobném zvětšení po obarvení methylenovou modří (A doubt (Own work) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons).

Blennerův postup by mohl být zajímavý při delších kosmických letech, kdy je třeba pečlivě zvažovat každý gram nákladu. Jako nezbytný zdroj uhlíku poslouží oxid uhličitý vydechovaný astronauty. V plynné podobě ho kvasinky neumí využít, takže je třeba ho přeměnit pomocí řas (algae) nebo sinic (cyanobacteria) na složitější organické sloučeniny. Omega-3 mastné kyseliny jsou pro náš organismus nezbytné a zároveň si je neumíme udělat. Při dlouhém skladování se samovolně rozkládají. Z polyesterů získaných pomocí kvasinek 3D tiskárna vyrobí všechny potřebné věci.

Na Mezinárodní vesmírné stanici se moč astronautů recykluje na pitnou vodu pomocí destilace a desinfekce jodem. Jiné sloučeniny než H2O se z ní zatím nevyužívají.

Mravenčí věž

22.8.2017
Mravenci Solenopsis invicta (angl. red imported fire ant) budují kolem stonku rostliny věž, aby unikl stoupající vodě v bažinách pánve Atchafalaya (Atchafalaya Basin Swamp) v Louisianě(CC Lockwood /Fire ants perpetually rebuild sinking towers, Sulisay Phonekeo, Nathan Mlot, Daria Monaenkova, David L. Hu, Craig Tovey. R. Soc. open sci. 2017 4 170475; DOI: 10.1098/rsos.170475. Published 12 July 2017).

Mravenci umí ze svých těl vytvářet podivuhodné struktury, aby unikli z nebezpečné situace, např. při povodni. Kromě plavidla zvládnou i věž, jak vidíme na obrázku (CC Lockwood /Fire ants perpetually rebuild sinking towers, Sulisay Phonekeo, Nathan Mlot, Daria Monaenkova, David L. Hu, Craig Tovey. R. Soc. open sci. 2017 4 170475; DOI: 10.1098/rsos.170475. Published 12 July 2017). Mravenci Solenopsis invicta (angl. red imported fire ant) na něm budují kolem stonku rostliny věž, aby unikl stoupající vodě v bažinách pánve Atchafalaya (Atchafalaya Basin Swamp) v Louisianě.

Video rostoucí věže při laboratorním pokusu shlédneme zde, trochu níž na webové stránce. Zajímavé je, že celá struktura je dynamická, klesá dolů, zatímco nabíhající mravenci ji neustále zvyšují.

Kladivo na kleštíky

21.8.2017
Zdroj:
http://msutoday.msu.edu/news/2017/varroa-mites-bees-archenemies-have-genetic-holes-in-their-armor/?utm_campaign=media-pitch&utm_medium=email - http://msutoday.msu.edu/news/2015/a-smelling-bee/?utm_campaign=media-pitch&utm_medium=email
Zdroj
Vpravo od středu horního obrázku samičkou kleštíka zhoubného přisátá na dospělé včele medonosné,  dole na larvě (foto Zachary Huang, Michigan State University).

Metlou včelstev je včelaři obávaný parazitický roztoč kleštík zhoubný nebo též včelí (Varroa destructor, ang. Varroa mite). Nejen, že vysává včelám hemolymfu (obdobu naší krve), ale přenáší i velmi nebezpečné viry. Obrana proti němu je obtížná. Značného pokroku dosáhli entomologové a genetici z Michigan State University. Identifikovali dva geny nezbytné pro přežití kleštíka (Da a Pros26S) a další čtyři nutné pro rozmnožování (RpL8, RpL11, RpP0 a RpS13). Důležité je, že pomocí speciálně připravené dvouvláknové ribonukleové kyseliny, která na včely nemá vliv, je lze vyřadit a zastavit přepis do bílkovin.

Příslušnou RNA stačí přidat včelám do krmiva. Do organismu parazitů pronikne prostřednictvím vysávané včelí hemolymfy. Vpravo od středu horního obrázku vidíme samičkou kleštíka přisátou na dospělé včele, dole na larvě (foto Zachary Huang, Michigan State University).

21.9.2017: Včely jsou proti kleštíkům zhoubným bezbranné, protože roztoči produkují shodný pach. Odér směsi jednoduchých uhlovodíků vydávaný kutikulou jednoznačně určuje domovskou příslušnost blanokřídlých. Kdo páchne odlišně, sem nepatří, kdo páchne shodně, je tu doma. Tedy i kleštík. „Podivuhodná přizpůsobivost vysvětluje i poměrně nedávnou změnu hostitele kleštíků z asijských na evropské včely,“ uvádí Zachary Huang, entomolog z Michigan State University a jeden z autorů výzkumu. Rafinovaný kleštící zvládají napodobit individuální pach každého včelstva, kde přebývají, nikoliv pouze včel medonosných obecně.

Rybka alkoholička

20.8.2017
Zdroj:
Cathrine E. Fagernes et al, Extreme anoxia tolerance in crucian carp and goldfish through neofunctionalization of duplicated genes creating a new ethanol-producing pyruvate decarboxylase pathway, Scientific Reports 7 (2017). DOI: 10.1038/s41598-017-07385-4
Zdroj
Karas zlatý (Carassius auratus), public domain, via Wikimedia Commons.

Až pět měsíců bez kyslíku přežijí karas obecný (Carassius carassius) a karas zlatý (C. auratus) díky speciálním enzymům v buňkách kosterních svalů, které přeměňují kyselinu pyrohroznovou CH3COCOOH na acetaldehyd CH3CHO. Další enzym alkoholát dehydrogenáza ho přemění na ethanol CH3CH2OH, který ryba vyloučí přes žábry. Díky tomu přežijí i dlouhou zimu u dna zamrzlých rybníků a mělkých jezer, kde nacházíme kyslík jen v nepatrném množství. Jde o obdobný enzymový komplex, jaký využívají kvasinky při přeměně cukrů na alkohol.

Standardně organismus obratlovců včetně lidí získává energii za nepřítomnosti kyslíku procesem, který končí přeměnou pyrohroznové kyseliny na jedovatou kyselinu mléčnou CH3CH(OH)COOH. Bolest svalů po velké fyzické námaze je důsledkem jejího působení. Nedojde-li k obnovení dodávky kyslíku, který by problém vyřešil, organismus hyne na překyselení (acidózu) nebo potřebuje nějaký jiný způsob, kterým disponují např. zmínění karasi.

Lubomír Vrána 21.8.2017: Tak mě napadá, jestli než dojde k vyloučení toho alkoholu, ta rybka není trochu opilá.... Škoda, že to nejde třeba u lidí. Pyruvát by se mohl měnit nejen na laktát, ale i na etanol. Dali bychom si krátký běh a bylo by to jako si dát panáka...

22.8.2017: Fyzická námaha by nepochybně byla mnohem populárnější...

Prstenec kapky

19.8.2017
Zdroj:
Brosseau, Quentin and Vlahovska, Petia M., Streaming from the Equator of a Drop in an External Electric Field, Phys. Rev. Lett., vol.119, issue 3, p.034501, Jul 2017, doi: 10.1103/PhysRevLett.119.034501
Zdroj
Náčrtek kapky s prstencem vzniklým působením elektrického pole.

Působení elektrického pole na nevodivou kapičku silikonového oleje vyvolá vznik prstence kolem ní, takže svým vzhledem připomíná extrémně zmenšenou planetu Saturn. Experiment můžeme shlédnout na tomto videu. Milimetrová kapička silikonového oleje plave v ricinovém oleji s rozpuštěným organickým elektrolytem. K odštěpení kapiček o průměru kolem 10 mikrometrů a vzniku prstence dojde, je-li okolí kapky vodivější než ona sama. Příčinou je pohyb nabitých částic po povrchu kapky vlivem elektrického pole.

Levitující voda - akademon.cz 29.9.2007

Polymerace polovodičem

18.8.2017
Zdroj:
Rapid Three-Dimensional Printing in Water Using Semiconductor–Metal Hybrid Nanoparticles as Photoinitiators, Amol Ashok Pawar, Shira Halivni, Nir Waiskopf, Yuval Ben-Shahar, Michal Soreni-Harari, Sarah Bergbreiter, Uri Banin, and Shlomo Magdassi, Nano Letters 2017 17 (7), 4497-4501, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b01870
Zdroj
Polymerace pomocí polovodivé částice CdS, Au značí zlato,  e- elektron a tečka u chemického symbolu radikál (nepárový elektron). Dopadají foton (modrý) vytvoří standardně v polovodiči pár elektron - díra. Elektron se do chemických reakcí zapojí přes vodivou zlatou čepičku, díra (chybějící elektron) pohltí přímo elektron z vody.

Zajímavou metodu 3D tisku z polyakrylamidu ve vodě vyvinuli chemici z Hebrejské univerzity v Jeruzalémě. Polymeraci akrylamidu vyvolávají světlem pomocí protáhlých nanočástic z polovodivého sulfidu kademnatého CdS, které na jednom konci nesou zlatou čepičku. Schéma chemických reakcí vidíme na obrázku, kde Au značí zlato, e- elektron a tečka u chemického symbolu radikál, tedy samotný, nepárový elektron. Dopadají foton (na obr. modrý) vytvoří standardně v polovodiči pár elektron - díra. Elektron se do chemických reakcí zapojí přes vodivou zlatou čepičku, díra (chybějící elektron) pohltí přímo elektron z vody.

Jde o nový přístup ke spuštění polymerace nejspíš využitelných i v jiných případech. 3D tisk ve vodném prostředí rozšiřuje možnosti využití na práci s buňkami i další biologické aplikace.

Diagnostická žvýkačka

16.8.2017
Zdroj:
Ritzer, J. et al., Diagnosing peri-implant disease using the tongue as a 24/7 detector, Nature Communications 8, Article number: 264 (2017), DOI: 10.1038/s41467-017-00340-x
Zdroj
Schema fungování žvýkačky pro určení zánětu.

Speciálně připravená žvýkačka odhalí hořkou chutí zánět v ústní dutině dříve, než se projeví tepavou bolestí či jinými nepříjemným příznaky. Základ představuje velmi hořká sloučenina zvaná denatonium s navázanou karboxylovou skupinou. Přes ni se peptidovou vazbou -CONH- váže na bílkovinný řetězec, jehož druhý konec kotví na mikročástici z polymethylmetakrylátu. Žvýkáme-li žvýkačku s obsahem této látky, hořkou chuť necítíme. Pevně vázané denatonium neaktivuje chuťové pohárky. Pouze při zánětu v ústní dutině nacházíme ve slinách enzymy zvané proteázy, které rozštěpí spojení mezi denatoniem a mikročásticí, v důsledku čehož ucítíme hořkost.

Sopky pod ledovcem

15.8.2017
Zdroj:
Maximillian van Wyk de Vries, Robert G. Bingham, Andrew S. Hein. A new volcanic province: an inventory of subglacial volcanoes in West Antarctica. Geological Society, London, Special Publications, 2017; SP461.7 DOI: 10.1144/SP461.7
Zdroj
Červená vyznačuje nově objevenou vulkanickou oblast na snímku Antarktidy složeném z družicových fotografii (NASA).

Led západní Antarktidy skrývá nejrozsáhlejší vulkanickou oblast na světě. Táhne v délce přes 3.000 km od Rossova pobřežního ledu až k Antarktickému poloostrovu. Tvoří ji 138 vulkánů o výšce od 100 do 3.850 m, z nichž 91 objevili při rozsáhlém výzkumu geografové z University of Edinburgh. Oblast prozkoumali pomocí satelitního snímkování a leteckého měření gravitace a magnetického pole. Na obrázku Antarktidy složeném z družicových fotografií (NASA) červená vyznačuje nově objevenou vulkanickou oblast.

Tajemné jezero v Antarktidě, akademon.cz 24.3.2002

Rozsáhlý drenážní systém v Antarktidě, akademon.cz 21.4.2006

Palba vodní kapkou

14.8.2017
Zdroj:
Asymmetric drop coalescence launches fungal ballistospores with directionality, Fangjie Liu, Roger L. Chavez, S. N. Patek, Anne Pringle, James J. Feng, Chuan-Hua Chen, J. R. Soc. Interface 2017 14 20170083; DOI: 10.1098/rsif.2017.0083. Published 26 July 2017
Zdroj
Schematické znázornění vystřelení spory splynutím dvou vodních kapek. Bullerova kapénka je ta modrá kulatá.

Stopkovýtrusné houby (Basidiomycota) vystřelují své mikroskopické spory pomocí energie získané splynutím dvou kapiček vody. První z nich, tzv.Bullerova kapénka, vzniká během růstu spory na výběžku, jež tvoří propojení s podkladem. Druhá, čočkovitého tvaru, těsně přiléhá ke spoře. V okamžiku jejich splynutí se zmenší povrch a uvolněná energie vymrští sporu rychlostí 1 m/s. Schematické znázornění najdeme na obrázku.

Bullerova kapénka nese jméno po britsko-kanadském mykologovi Arthuru Henrymu Reginaldu Bullerovi, který na počátku 20.století rozpoznal její důležitost pro vystřelení spory. Podrobný popis včetně pochopení vlivu tvaru kapiček na směr letu dokončili mykologové převážně z Duke University nedávno.

Tunely lenochodů

13.8.2017
Stopy drápů ve stěně (A), tunel s dnem erodovaným protékající vodou (B) a tunel (C) tvořený třemi propojenými komorami (1,2,3). Foto Renato Pereira Lopes, Heinrich Theodor Frank, Francisco Sekiguchi de Carvalho Buchmann & Felipe Caron (2016): Megaichnus igen. nov.: Giant Paleoburrows Attributed to Extinct Cenozoic Mammals from South America, Ichnos, DOI: 10.1080/10420940.2016.1223654.

Brazilský geologicko-paleontologický tým předpokládá, že rozsáhlé velké tunely na jihu a jihovýchodě Brazílie a přilehlé argentinské provincii Buenos Aires vytvořili vyhynulí příslušníci pleistocenní megafauny. Při hrabání více než 1.500 různých tunelů přiložili pracky k dílu obří lenochodi Lestodon a Glosotherium i velcí pásovci Pampatherium a Propraopus.

Tunely nacházíme ve dvou velikostech, jednak s průměrem 1,5 m, jednak 2 m vysoké s šířkou do 4 m, což přibližně odpovídá velikostem a možnostem jmenovaných zvířat. Na stěnách nacházíme stopy drápů. Procházejí měkkými nebo zvětralými horninami, ve nichž je lze vyhrabat. Lepší vysvětlení nemáme. Tunely obdobného tvaru vytváří i láva protékající měkčím materiálem, nicméně zmíněné struktury k nim nepatří.

Na obrázku vidíme stopy drápů ve stěně (A), tunel s dnem erodovaným protékající vodou (B) a tunel (C) tvořený třemi propojenými komorami (1,2,3). Foto Renato Pereira Lopes, Heinrich Theodor Frank, Francisco Sekiguchi de Carvalho Buchmann & Felipe Caron (2016): Megaichnus igen. nov.: Giant Paleoburrows Attributed to Extinct Cenozoic Mammals from South America, Ichnos, DOI: 10.1080/10420940.2016.1223654.

Rozptýlit nerozpustné

11.8.2017
Zdroj:
Jeffrey M. Ting et al, High-Throughput Excipient Discovery Enables Oral Delivery of Poorly Soluble Pharmaceuticals, ACS Central Science, 2016, 2 (10), pp 748–755, DOI: 10.1021/acscentsci.6b00268
Zdroj
Výsek úplné struktury blokového polymeru s fenytoinem.

Důležitou vlastností aktivních látek léků je dobrá rozpustnost ve vodě. Nerozpustné sloučeniny organismus těžko vstřebá a dopraví na místo určení. Celá řada zajímavých biologicky aktivních látek je tudíž jen omezeně využitelná. Zajímavé řešení představuje navázání jednotlivých molekul aktivní látky na polymerní řetězec. Dojde tím k rozptýlení jednotlivých molekul bez rozpuštění.

Chemici z University of Minnesota ve spolupráci s Dow Chemical Company navázali antiepileptikum fenytoin (phenytoin) na polymer N-isopropylakrylamidu (NIPAm), který zabraňuje vysrážení aktivní látky. Úseky polymerního NIPAmu přerušovaly hydrofilní řetězce N,N-dimethylakrylamidu (DMA). Hovoříme o blokovém kopolymeru, kde úseky z NIPAmu střídají úseky tvořené DMA. Výsek úplné struktury polymeru s fenytoinem vidíme na obrázku.

Narkóza pro brouky

10.8.2017

Výpočetní tomografie umožňuje kombinací rentgenového záření a velké výpočetní síly zobrazit vnitřní struktury organismů. Lze dosáhnout rozlišení až 10 mikrometrů. U jiných tvorů než u lidí je užití omezené, protože např. bezobratlého lze těžko přemluvit, aby byl po nezbytnou dobu v klidu. Pomůže narkóza oxidem uhličitým, která brouka znehybní, avšak nezastaví životní pochody.

Vnitřek mandelinky bramborové (Leptinotarsa decemlineata) nasnímaný výpočetní tomografií v narkóze můžeme shlédnout na tomto videu (D.Poinapen et al., Micro-CT imaging of live insects using carbon dioxide gas-induced hypoxia as anesthetic with minimal impact on certain subsequent life history traits, BMC Zoology, BMC series – open, inclusive and trusted, 2017, doi: https://doi.org/10.1186/s40850-017-0018-x). Další videa najdeme zde, až úplně dole na konci webové stránky. Kromě mandelinky nasnímali i motýla plavokřídlece jížního (Pseudaletia (Mythimna) unipuncta).

Užitečný parazit

9.8.2017
Zdroj:
Ch. Hettenhausen et al., The stem parasitic plant Cuscuta australis (dodder) transfers herbivory-induced signals among plants. PNAS August 8, 2017, vol. 114 no. 32,  E6703–E6709, DOI: 10.1073/pnas.1704536114
Zdroj
Kokotice evropská (Cuscuta europaea) rostoucí  na bezu chebdí (Sambucus ebulus), foto Bogdan, CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/), via Wikimedia Commons.

Rostliny rodu Kokotice (Cuscuta) se dokonale přizpůsobily parazitickému způsobu života. Často dochází k tomu, že jediná kokotice roste na několika sousedních rostlinách, které navzájem propojuje. Umožňuje tak např. přesun virů. Začne-li někdo jednu z kokoticí propojených rostlin požírat, přenese parazit informaci o ohrožení i na ostatní propojené rostliny a umožní jim spustit včas obranné mechanismy založené na jasmonové kyselině (3-oxo-2-(2‘-cis-pentenyl)cyklopentan-1-ethanová kyselina). Na obrázku vidíme kokotici evropskou (Cuscuta europaea) rostoucí na bezu chebdí (Sambucus ebulus), foto Bogdan, CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/), via Wikimedia Commons.

Ze dvou motýlů jeden

8.8.2017
Zdroj:
https://www.floridamuseum.ufl.edu/science/a-case-of-mistaken-identity-dna-links-male-female-butterfly-thought-to-be-distinct-species/
Zdroj
Sameček okáče Caeruleuptychia helios nahoře, samička dole (foto Florida Museum of Natural History/Shinichi Nakahara).

Sekvenování DNA motýlů okáčů (rod Caeruleuptychia) z čeledi babočkovitých přineslo nečekaný výsledek. Dva rozdílné druhy motýlů jsou ve skutečnosti samečkem a samičkou druhu jediného - Caeruleuptychia helios. Jak vidíme na obrázku, obě pohlaví se výrazně liší. Samečka vidíme nahoře, samičku dole (foto Florida Museum of Natural History photo by Shinichi Nakahara).

Magnetizovaný fág

7.8.2017
Zdroj:
L.-L. Li et al., Enhanced biofilm penetration for microbial control by polyvalent phages conjugated with magnetic colloidal nanoparticle clusters (CNCs), Environ. Sci.: Nano, 2017, Advance Article, doi: 10.1039/C7EN00414A
Zdroj
Schematické znázornění komplexu bakteriofága čeledi Podoviridae s magnetickou nanočásticí pokrytou chitosanem. Vytvořeno s pomocí Ninjatacoshell (Own work) [CC BY-SA 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons.

Navázání magnetické částice na povrch bakteriofága podstatně zvýší účinnost jeho působení proti bakteriím. Pokud se někde dobře usadí, vytvoří bakterie společně polysacharidovou vrstvu zvanou biofilm, v němž se jim lépe žije. Kromě jiného je chrání nejen před fágy, ale např. ztěžuje i přístup antibiotik. Navážeme-li na bakteriofág magnetickou nanočástici z oxidu železnato-železitého Fe3O4, vložené vnější magnetické pole mu podstatně usnadní pronikání do biofilmu přímo k bakteriálním buňkám.

Experimenty proběhly s fágy čeledi Podoviridae, tzv. podoviry, na bakteriích Pseudomonas aeruginosa a Escherichia coli. Zachycení magnetické nanočástice zajistil obal z polysacharidu chitosanu pomocí aminoskupin -NH2 vazbou na karboxylové skupiny -COOH na povrchu bakteriofága. Schematické znázornění komplexu bakteriofága čeledi Podoviridae s magnetickou nanočásticí pokrytou chitosanem vidíme na obrázku. Vytvořeno s pomocí Ninjatacoshell (Own work) [CC BY-SA 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons.

Více o využití bakteriofágů proti bakteriální infekci najdeme zde.

Výjimku mezi ptáky

6.8.2017
Zdroj:
Oilbirds produce echolocation signals beyond their best hearing range and adjust signal design to natural light conditions, Signe Brinklov, Coen P. H. Elemans, John M. Ratcliffe, R. Soc. open sci. 2017 4 170255; DOI: 10.1098/rsos.170255. Published 24 May 2017
Zdroj
Gvačaro jeskynní (Steatornis caripensis) na Trinidadu (cc-by-2.0, via Wikimedia Commons).

představuje Gvačaro jeskynní (Steatornis caripensis, angl. oilbird), jediný zástupce čeledi gvačarovitých (Steatornithidae) z řádu lelků (Caprimulgiformes). Při opouštění a návratu do svého hnízda ve skalních dutinách používá echolokaci. Podrobně ji prozkoumali ornitologové z Jihodánské univerzity v Odense. Gvačaro vydává sekvence cvakání v délce do 10 ms. Tvoří je několik 2 - 3 milisekundových intervalů po 2 až 8 cvaknutí o vlnové délce 7 - 23 kHz. Poslechnout si je můžeme zde. Záznam vznikl v jeskyni Aripo ve večerních hodinách, kdy gvačarové opouštějí hnízda kvůli hledání potravy.

Jde o nočního ptáka dorůstajícího až 48 cm při rozpětí křídel 91 cm a váze do 475 g. Žije na jihu Střední a na severu Jižní Ameriky. Pro vyhledání potravy, kterou představuje zejména ovoce, mu postačí čich a velmi citlivý zrak. Páreček gvačarů vidíme na obrázku, pořízeném na Trinidadu (cc-by-2.0, via Wikimedia Commons)

Další echolokační zvuky gvačar najdeme zde.

Nové materiály pro elektroniku

5.8.2017
Zdroj:
V.M:Poole et al., Using persistent photoconductivity to write a low-resistance path in SrTiO3, Scientific Reports 7, Article number: 6659 (2017), doi:10.1038/s41598-017-07090-2 - B. Khanbabaee et al., Large piezoelectricity in electric-field modified single crystals of SrTiO3, Applied Physics Letters 109, 222901 (2016); doi: 10.1063/1.4966892 - Ozaki, N., Sakamoto, H., Nishihara, T., Fujimori, T., Hijikata, Y., Kimura, R., Irle, S. and Itami, K. (2017), Electrically Activated Conductivity and White Light Emission of a Hydrocarbon Nanoring–Iodine Assembly. Angew. Chem. Int. Ed.. doi:10.1002/anie.201703648.
Zdroj
Struktura sloučeninu cykloparafenylenu s jodem (fialové koule).

Dočasné elektrické obvody na míru lze pomocí laserového paprsku vytvářet z krystalů titaničitanu strontnatého SrTiO3. V oblastech ozářených laserem o vlnové délce 405 nm poklesne odpor o tři řády. Vybuzená fotovodivost přetrvá za normální teploty v temnotě po několik dní. Obdobné jevy doposud vědci pozorovali jen za teplot pod 180 K.

Titaničitan strontnatý, na který můžeme hledět rovněž jako na podvojný oxid titaničito strontnatý TiO2 + SrO, vykazuje řadu zajímavých vlastností. Např. pomocí elektrolýzy v pevné fázi z něj lze připravit piezoelektrický materiál. Dojde k tomu kvůli přesunu kyslíkových aniontů v krystalové mřížce na jiné místo vlivem procházejícího elektrického proudu.

Zajímavou sloučeninu připravila skupina expertů z Nagojské univerzity. Působíme-li na ni elektrickým proudem, stoupá její vodivost a zároveň emituje bílé světlo, což není příliš obvyklé. Chemicky jde o cykloparafenylen v kombinaci s jodem, jehož molekuly I2 leží uvnitř organického cyklu. Strukturu vidíme na obrázku, kde atomy jodu představují fialové koule. Cyklické molekuly se skládají jedna na druhou a vytvářejí dlouhé sloupce. Při průchodu proudu se jod redukuje na dlouhé polyjodidové anionty, které způsobují zmíněné chování sloučeniny.

Pokusy s lidským zárodkem

4.8.2017
Zdroj:
Hong Ma et al, Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos, Nature, doi: 10.1038/nature23305
Zdroj
video

Genovou modifikaci lidské zárodečné buňky shlédneme na tomto videu. Americký genetický tým odstranil mutaci genu MYBPC3 v jedenáctém chromozomu, která způsobuje závažnou srdeční chorobu zvanou hypertrofická kardiomyopatie. Každému pětistému člověku způsobuje poruchy srdečního rytmu a vzácně vyústí v srdeční selhání. Použitá metoda CRISPR-Cas9 umožňuje provést zásah na přesně určeném místě genomu, což starší postupy neumožňují.

Modifikace započala souběžně s oplodněním zárodečné buňky. Práce s jednobuněčným zárodkem umožňuje překonat problém tzv.mozaicismu, tedy vzniku organismu tvořeného dvěma nebo více skupina buněk s odlišným genotypem. Obdobné předchozí experimenty na vícebuněčných zárodcích vedla ke vzniku embryí tvořených původními i geneticky modifikovanými buňkami, což z hlediska možného využití při genové terapie nemá smysl.

Video ukazuje průběh experimentu opačně. Nejprve proběhlo oplodnění a první fáze modifikace, což najdeme ve druhé části videa s titulkem M-phase injection. Osmnácti hodin po ní došlo na úvodní část videa s titulkem S-phase injection. Důvody, které vedly ke zveřejnění převráceného videa mi známy nejsou.

Buněčný počítač

2.8.2017
Zdroj:
A.A.Green et al., Complex cellular logic computation using ribocomputing devices, Nature (2017), doi:10.1038/nature23271
Zdroj
Bakterie Escherichia coli obrázku na snímku rastrovacího elektronového mikroskopu (Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH, via Wikimedia Commons, public domain).

Bakteriální buňku lze upravit tak, aby prováděla jednoduché logické operace AND, OR a NOT. Vstup tvoří krátké řetězce ribonukleové kyseliny RNA s pečlivě navrženou strukturou. Určitým způsobem se zkombinují a vzniklá struktura spustí v ribozomu syntézu příslušné bílkoviny, která představuje výstup. Experimenty proběhly v rozšířené střevní bakterii Escherichia coli, která je pro své nenáročné pěstování velmi oblíbený pokusný organismus. Vidíme ji na obrázku na snímku rastrovacího elektronového mikroskopu (Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH, via Wikimedia Commons, public domain).

Tisk vodou

1.8.2017
Zdroj:
Sheng, L. et al. Hydrochromic molecular switches for water-jet rewritable paper. Nat. Commun. 5:3044 doi: 10.1038/ncomms4044 (2014)
Zdroj
Znázornění změny struktury sloučeniny při tisku vodou.

Několik sloučenin, které navlhčením získají barvu, připravil čínský vědecký tým z Tilinské univerzity a americké Northwestern University. Směsí s polyethylenglykolem H-[-O-CH2CH2-]n-OH pokryli list papíru, čímž získali podklad, na který lze tisknou pouhou vodou. Po zahřátí barviva vyschnou, folie zbělá a lze znovu tisknout. Jde o nepříliš složité organické sloučeniny s několika cykly. Za přítomnosti molekuly vody dojde k otevření jednoho z nich, čímž vznikne barevný systém konjugovaných dvojných vazeb -C=C-C=C-C=C-. Znázornění změny struktury vidíme na obrázku.

Diskuse/Aktualizace