Робот-ученый открыл новое лекарство

Разработка и тестирование новых препаратов – занятие крайне долгое и трудозатратное. Но, как и все в современном мире, эту область фармакологии иногда «поручают» роботам, ведь они могут просчитать все возможные исходы и выдать наиболее приемлемую формулу препарата. Такой подход особенно важен в сфере создания лекарств, к которым возбудители быстро вырабатывают устойчивость. И вот, как сообщает издание Science Daily, исследователи из Кембриджского университета при помощи искусственного интеллекта смогли создать новый препарат против малярии.

Напомним, что малярия – это крайне опасное заболевание, которое только в Африке и Юго-Восточной Азии уносит жизни более чем полумиллиона человек в год. Проблема профилактики и лечения малярии еще и в том, что некоторые штаммы малярийного плазмодия (возбудителя малярии) крайне быстро вырабатывают иммунитет к лекарствам, и необходимо постоянно искать новые «слабые места» этого опасного микроорганизма.

Для того чтобы выявить то, с помощью чего можно было бы победить плазмодия, ученые использовали робота-ученого под названием Eve. ИИ робота в ходе анализа пришел к выводу, что новым лекарством может стать вещество триклозан (который, к слову, очень часто добавляется в состав зубной пасты для борьбы с бактериями в ротовой полости). Триклозан ингибирует фермент еноил-редуктазу, которая участвует в синтезе жирных кислот и питании клеток.

Удалось выяснить, что триклозан способен подавлять рост культуры одной из стадий малярийного плазмодия. Однако в ходе экспериментов ученые обнаружили, что триклозан воздействует и на другой фермент плазмодия — дигидрофолатредуктазу. Ее уже пробовали подавить другим противомалярийным препаратом, пириметамином, но в мире существуют штаммы, устойчивые к этому лекарству. Так вот, триклозан оказался эффективен даже против этих устойчивых штаммов плазмодия. Учитывая относительную дешевизну производства триклозана, массовое производство нового препарата можно будет начать в самое ближайшее время.

Чтобы заразить кого-то гриппом, вам даже не нужно чихать и кашлять

Все мы знаем, что вирус гриппа распространяется воздушно-капельным путем. Это может быть напрямую, когда больной человек кашлянул или чихнул, а стоящий рядом здоровый человек вдохнул содержащий вирус воздух; посредством аэрозоля или капель, образующихся при чихании и кашле и содержащих вибрионы (частицы вируса); либо за счет прямого контакта с выделениями больного. Тем не менее ученые до сих пор не знают, каким именно способом распространяется грипп.

Исследователи из Мэрилендского университета под руководством профессора Дональда Милтона решили выяснить, может ли вирус гриппа распространяться не только при кашле или чихании, но просто через дыхание больного человека. О своей работе ученые поделились в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

С декабря 2012 по март 2013 года медики и биологи провели наблюдение за 355 добровольцами, студентами возрастом от 19 до 22 лет, обладавшими симптомами ОРВИ. У 142 из них обнаружили грипп, а остальные (здоровые) не принимали участия в экспериментах. Каждый участник эксперимента проходил процедуру забора проб из носоглотки. На четвертый день после проявления симптомов болезни у людей брали пробы выдыхаемого воздуха. Человека просили в течение 30 минут дышать в специальный прибор, собирающий аэрозоли. За эти полчаса внутри прибора собирались крупные (диаметром больше 5 микрометров) и мелкие (меньше 5 микрометров, но больше 50 нанометров) капельки выдыхаемого аэрозоля. В итоге ученые собрали в общей сложности 218 проб из носоглотки, а также проб дыхания. Затем ученые провели анализ проб и разных фракций аэрозоля на наличие вирусной РНК. Кроме того, для проверки жизнеспособных вирусов в выделениях больных авторы работы выращивали вирусные культуры на модельных клетках собачьих почек.

На поверку оказалось, что вирусная РНК содержалась в 97 процентах проб из верхних дыхательных путей, в 76 процентах – из «тонкой» фракции аэрозоля (с мелкими капельками) и в 40 процентах проб в «грубой» фракции. Жизнеспособные вирусы обнаружились в 89 процентах проб из носоглотки и 39 процентах проб с мелкими каплями аэрозоля. В своей статье исследователи отмечают, что вибрионы были обнаружены в половине проб дыхания людей, которые не кашляли и не чихали во время эксперимента. Из этого можно сделать вывод, что капли при выдыхании образовались не в результате чихания или кашля, а с помощью другого механизма. Авторы работы предположили, что крошечные капли образуются в легких при расширении и сужении бронхиол и с выдохом выходят наружу.

Космическая лихорадка: реальная проблема на пути покорения дальнего космоса

Новое исследование показывает, что так называемая космическая лихорадка совсем не миф. При долгом нахождении в условиях микрогравитации температура тела может повышаться, а при физических нагрузках она возрастает еще сильнее. К такому выводу пришли немецкие ученые, изучившие физические показатели астронавтов, побывавших на борту Международной космической станции.

В общем, в и без того огромный список проблем со здоровьем, связанных с пребыванием в космосе и стоящих перед мечтой длительных космических путешествий, можно добавить еще один пункт.

В то же время исследователи отмечают, что температура тела повышается не мгновенно. Повышение этого показателя может происходить в течение нескольких месяцев, пока организм человека привыкает к условиям отсутствующей гравитации. Об этом, по крайней мере, говорят те данные о состоянии здоровья, которые собирались перед полетом, во время нахождения на МКС, а также после возвращения астронавтов обратно на Землю.

Данные показывают, что после двух с половиной месяцев пребывания на орбите во время выполнения физических упражнений температура тела астронавтов регулярно превышает показатель в 40 градусов. При этом средний показатель температуры, как правило, повышается на 1 градус и составляет 37 градусов даже тогда, когда астронавт ничем не занимается.

«Мы разработали новую систему, которая может снимать температурные показания с кожи с помощью датчиков, способных фиксировать даже незначительные изменения в температуре артериальной крови», — объясняет Ханнс-Кристиан Гунга из Клиника Шарите в Берлине, один из исследователей этого проекта.

Несмотря на то, что медики и ученые уже работают над решением некоторых проблем, связанных с длительными космическими путешествиями, фактических исследований воздействия эффектов микрогравитации на центральную температуру тела, которая на Земле регулируется нашими внутренними биологическими системами, проводилось очень мало. В то же время следить за температурой тела в космосе очень важно, особенно если мы хотим когда-нибудь отправиться к другим планетам Солнечной системы. В конечном итоге гипертермия и тепловой удар при полете к Марсу вряд ли окажутся кому-то на пользу.

В новом исследовании немецкие ученые снимали данные о температуре у 11 астронавтов, начав собирать информацию за 90 дней до полета и закончив через 30 дней после возвращения. В течение всего этого времени люди носили на лбу особо чувствительные датчики. Эти датчики показали, что центральная температура тела в условиях микрогравитации растет быстрее, чем на Земле. Ученые объясняют это тем, что космическая среда препятствует правильной работе тех факторов, которые регулируют температуру тела в земных условиях. Например, изменяется уровень выделяемого нами тепла в окружающую нас среду, а также объем пота, который наш организм выделяет для своего охлаждения. Кроме того, в космосе пот испаряется гораздо медленнее, что, в свою очередь, может стать проблемой при длительных физических нагрузках, так как возрастает возможность перегрева организма.

«В условиях невесомости нашим телам становится очень сложно избавиться от лишнего тепла. Недостаток перехода тепла между телом и внешней средой может стать настоящей проблемой и привести к перегреву», — говорит Гунга.

Повышение среднего показателя температуры тела может носить критический характер на нашу работоспособность и самочувствие, говорят ученые. Многочисленные научные исследования говорят о том, что ежедневный центральный показатель температуры человека при физическом труде не должен превышать 38 градусов.

О результатах последних исследований ученые поделились в журнале Nature.

Ученые заявляют об открытии гена плохого запаха изо рта

Плохой запах изо рта не всегда связан с несоблюдением гигиены ротовой полости. Ученые говорят, что примерно у 0,5 до 3 процентов людей причиной плохого запаха являются иные источники. Например, плохой запах встречается при воспалении синусовых пазух, пищевода, легочных болезнях и даже из-за особенности крови. Тем не менее причины самого зловония ученые до конца не установили. Но, кажется, ответ нашла международная группа исследователей, которая обнаружила еще один потенциальный «внешний» источник плохого дыхания – гены.

Ученые провели исследование белка SELENBP1 и выяснили, что мутация в его гене может заставлять организм производить дурнопахнущие молекулы. При этом, что не менее интересно, этот ген может играть роль в подавлении развития опухолей.

«Важно установить истинную причину стойкого неприятного запаха изо рта и уметь понимать, происходит она от относительно безвредного положения дел – заболевания дёсен, например, или более опасного состояния – того же цирроза печени», — говорит профессор Кент Ллойд из Калифорнийского университета в Дейвисе.

Согласно опубликованной в научном журнале Nature Genetics статье, исследователи изучили пять добровольцев, чье дыхание напоминало запах вареной капусты. Сначала они исключили другие потенциальные источники плохого дыхания — рацион питания, например, а затем проанализировали дыхание при помощи оборудования для газовой хроматографии. Речь идёт о высокотехнологическом искусственном «носе». В итоге выяснилось, что запах создается целым рядом серосодержащих молекул (например, метантиолом и диметилсульфидом). Исследователи отмечают, что тот же метантиол обычно образуется в процессе пищеварения, но расщепляется в организме.

У всех пациентов, как оказалось, имеется одна общая деталь. Исследователи отметили, что у каждого из них наблюдалась мутация в гене SELENBP1. Кроме того, у всех также наблюдался высокий уровень метантиола и диметилсульфида в крови. Когда кровь достигает лёгких, эти вонючие сернистые соединения ее покидают и выдыхаются с воздухом.

Исследователи решили выяснить, действительно ли этот ген является причиной неприятного запаха. Для этого они провели эксперимент, в рамках которого у лабораторных мышей этот ген был «выключен». Ученые выяснили, что в плазме крови всех мутантных грызунов наблюдается гораздо более высокие уровни содержания этих пахучих серных соединений (как и у людей с мутацией в изучаемом гене). Тем самым исследователи доказали, что именно мутация в гене SELENBP1 приводит к производству неприятного запаха (за счет производства определенных белков).

Результаты эксперимента показали, что, возможно, именно SELENBP1 отвечает за выработку фермента, разрушающего пахучие молекулы. Авторы исследования пишут, что одной из вероятных функций SELENBP1 может являться поддержание низкой концентрации выдыхаемого метантиола, однако имеющаяся мутация нарушает этот процесс.

К сожалению, на карту в данному случае поставлена не только свежесть дыхания. В рамках более ранних исследований ученые вынесли предположение, что SELENBP1 может играть роль в подавлении развития раковых опухолей. Тогда отмечалось, что собаки способны чувствовать «запах» некоторых опухолей (например, рака груди). Возможно, это связано с тем, что такие заболевания пахнут соединениями, которые не были уничтожены белками, за которые отвечают SELENBP1. И этот «запах» чувствуют животные. Однако на данный момент это всего лишь предположение.

На данный момент не существует способа лечения плохого запаха изо рта (гигиена ротовой полости его лишь маскирует). Однако генетические исследования и более полное понимание этой проблемы могут помочь в будущем в разработке нужной терапии.

Ученые из MIT создали татуировку из живых клеток

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) изобрели временную «татуировку», состоящую из генетически запрограммированных живых клеток. Их прототип похож на прозрачную наклейку с рисунком, напоминающим дерево. Сам рисунок разделен на несколько секций, содержащих живую флуоресцентную бактерию, которая может взаимодействовать с определенными химическими соединениями. Когда кожа, находящаяся под наклейкой, подвергается воздействию этих соединений, то загорается соответствующий участок татуировки.

Исследованием и созданием стимуло-реагирующих материалов, которые можно было бы превратить в умные материалы для использования в различных видах электроники, ученые занимаются очень давно. Десятилетиями. Например, материалы, реагирующие на тепло, можно было бы использовать при создании самособирающихся или передвигающихся роботов, а материалы, реагирующие на определенные химические вещества, – для создания различных химических датчиков.

С развитием технологий 3D-печати появились новые способы производства, не требующие больших затрат. Этот метод стал частой практикой для создания экспериментальных прототипов в лабораторных условиях. Свое применение технология нашла и в сфере производства стимуло-реагирующих материалов. Однако команда инженеров под руководством профессора Сюань Хэ Цяо из Массачусетского технологического института решила проверить, можно ли применить метод 3D-печати при использовании легко получаемых и программируемых живых клеток.

Предыдущие исследования показали, что для этого по крайней мере не годятся клетки млекопитающих. Они не могут выжить в суровых условиях процессов 3D-печати, например, при сильном давлении во время экструзии материала или во время ультрафиолетового облучения, используемого для скрепления структуры, что является частой практикой для упрочнения напечатанного материала.

«Оказалось, что все эти клетки гибнут во время процесса печати. Дело в том, что клетки млекопитающих по сути представляют собой липидные двуслойные шарики. В общем, они слишком слабы и легко разрушаются», — говорит соавтор работы Хьён Ву Юк.

Бактериальные клетки, в свою очередь, имеют прочную защитную оболочку и гораздо выносливее. Помимо этого, эти клетки лучше совместимы с большинством гидрогелей – материалов, в своем составе имеющих воду и полимеры и использующихся в различных лабораторных и практических медицинских целях.

Используя бактериальные клетки, генетически запрограммированные на флуоресцентную реакцию в ответ на воздействие различных химических веществ, команда из MIT разработала чернила, состоящие из гидрогеля, клеток и набора питательных веществ, поддерживающих жизнь этих клеток. Чернила имеют плотную структуру и позволяют печатать при достаточно высоком разрешении в 30 микрометров (0,03 миллиметра). Инженеры напечатали пробный рисунок на лист эластомера, а затем приклеили его к коже, на которую предварительно были нанесены химические вещества.

В течение нескольких часов контакта бактерии с химическим стимулятором части напечатанного рисунка татуировки подсвечивались. Помимо этого, ученые также создали бактериальные клетки, способные общаться между собой и подсвечиваться при получении определенных сигналов от других клеток. Исследователи протестировали их в трехмерной структуре, наложив друг на друга два напечатанных гидрогелевыми нитями слоя. Бактерии загорались только тогда, когда контактировали друг с другом и получали коммуникационные сигналы.

«Это пока совсем уж далекое будущее, но в итоге мы хотим найти возможность печати живых вычислительных платформ, которые смогут использоваться в носимой электронике», — прокомментировал Юк.

Что же касается ближайшего времени, то команда исследователей ищет возможность применения разработанной ими технологии в производстве химических датчиков и систем направленной доставки лекарственных препаратов, которые могут быть запрограммированы на выпуск лекарств или той же глюкозы в организм в нужное время.

Бактерий смогли превратить в нанороботов

Нанороботы могли бы очень пригодиться для самых разных вещей: с их помощью можно было бы проводить операции, исследовать недоступные ранее места, проводить диагностику организма и доставлять лекарства в определённые места человеческого тела… Впрочем, на что способны микроскопические роботы из фантастических романов, все мы прекрасно знаем. Известны и их реальные возможности. На деле современные нанороботы нигде не применяются из-за отсутствия приличных двигателей, способных заставить микро-ботов двигаться. Но недавно учёные обратили внимание на бактериальные жгутики, а затем, исследовав их, предложили необычное решение проблемы.

Законы физики наномира сильно отличаются от нашего, поэтому уменьшившись до размера бактерии, человек просто не смог бы двигаться в воде, например, или другой жидкости. Бактерии же отлично справляются с задачей, используя для движения свои спиральные жгутики. Ранее учёные уже пытались скопировать их, создавая примитивные нано-аналоги, но они обладали целым рядом недостатков,в числе которых была высокая цена, плохая подвижность и хрупкость изделий.

Сейчас же вместо того, чтобы создавать жгутики «с нуля», исследователи просто вырастили колонию бактерий Salmonella typhimurium, а затем «настригли» с них жгутики, которые затем покрыли оксидом кремния и никелем — это позволило воздействовать на жгутики с помощью магнитных полей. В ходе испытаний новые «двигатели» смогли передвигаться ничуть не хуже обычных, преодолевая за секунду расстояние, превышающее их собственную длину в два раза.

Исследователи уверены, что их разработка сможет помочь в развитии новых направлений медицины и наверняка пригодится в электронике, а пока команда учёных продолжает обкатывать получившиеся «движки» в лаборатории. Кто знает, может, с их помощью получится создать нанороботов-убийц раковых клеток, или ещё что-нибудь полезное?

Создан синтетический аналог клеточного рецептора

Как известно, все обменные процессы в нашем организме происходят на клеточном уровне. Особые структуры (рецепторы) на поверхности клеток и клеточных элементов регулируют проницаемость мембран для тех или иных веществ, запускают процессы синтеза и распада веществ и имеют еще массу функций. Но при «поломке» рецепторного аппарата зачастую развиваются различные грозные заболевания. И недавно группе ученых из Казанского федерального университета (КФУ) удалось синтезировать синтетический аналог биологического рецептора клетки.

Финансирование исследования производилось при поддержке Российского научного фонда, а работа опубликована в журнале Beilstein Journal of Organic Chemistry. Как рассказал один из авторов изыскания, профессор Иван Стойков,

«Развитие исследований в области анион-рецепторных биомиметиков направлено на создание синтетических аналогов природных соединений. Это во многом необходимо для более глубокого понимания ряда биологических процессов. Нами получены новые эффективные и избирательные, синтетические рецепторы анионов на основе тиакаликсаренов».

Стоит пояснить, что же такое тиакаликсарены. Это органические соединения, молекулы которых имеют форму чаши. Центральная ее часть состоит из нескольких углеводородных колец, соединенных между собой атомами серы. Верхний слой чаши состоит из коротких цепей атомов углерода и водорода, а нижний — из кислородсодержащих гидроксильных групп (то есть связанных между собой атомов водорода и кислорода). К гидроксильным группам при помощи ряда химических реакций можно присоединить различные молекулы. Причем в зависимости от «окружения» избирательно будут присоединяться лишь некоторые молекулы, в то время как другие никак не будут взаимодействовать с синтетическим рецептором. Но и это еще не все: в ходе экспериментов удалось выяснить, что синтетические рецепторы в зависимости от формы чаши имеют разную избирательность к определенным видам ионов.

«Синтезированные соединения могут найти практическое применение при разработке новых материалов и в диагностических целях. Разнообразие тиакаликсаренов, синтетически доступных и нетоксичных, делает их перспективными. В дальнейшем планируется получение структур с различным пространственным расположением функциональных групп. Также будут получены материалы с функциями рецептора для систем доставки и дозирования лекарственных препаратов и создания новых биологических сенсоров».

Учёные впервые отредактировали геном непосредственно внутри живого человека

Сотрудники Детской больницы Бениоффа (UCSF Benioff Children’s Hospital) в Окленде впервые в США опробовали методику редактирования генома непосредственно в организме живого человека, а не путём введения ему заранее отредактированных клеток. Врачам пришлось пойти на столь рискованный шаг потому, что пациент страдал от неизлечимой генетической болезни, спасти от которой другими способами его не представлялось возможным. Пока рано судить о том, удалось ли докторам победить болезнь, так как первые результаты экспериментального лечения должны проявить себя примерно через два месяца.

Пациентом, согласившимся на рискованный метод лечения, стал Брайан Мэддокс, страдающий от синдрома Хантера. Это одна из форм мукополисахаридоза, редкое рецессивное Х-сцепленное генетическое заболевание, возникающее в результате дефицита ряда ферментов и приводящее к накоплению белково-углеводных комплексов и жиров в клетках. Как правило, оно проявляется у человека лишь в том случае, когда он наследует дефектный ген от обоих родителей. Болезнь постепенно начинает влиять на разные органы и ткани, а её признаки проявляются уже на втором году жизни человека.

Ранее синдром Хантера лечили исключительно симптоматически, при помощи трансплантации костного мозга и инъекций искусственных ферментов. Такая поддерживающая терапия обходится пациентам недёшево и стоит более 100 000 долларов в год. Врачи Оклендской детской больницы решились на экспериментальное лечение в случае с Брайаном Мэддоксом лишь потому, что он за свою жизнь перенёс более 25 операций по удалению всевозможных грыж, прорастаний кости в спинной мозг и прочих неприятных процедур. Разумеется, 44-летний мужчина был готов на что угодно, лишь бы получить шанс на выздоровление.

Главным отличием экспериментальной методики стал тот факт, что геном редактировался непосредственно в организме пациента. Ранее, напомним, редактирование происходило над клетками, извлекаемыми из организма, или вовсе выращенными отдельно. Что характерно, вместо популярной сегодня технологии генного редактирования CRISPR учёные использовали альтернативную – Zinc Finger Nuclease. Она подразумевает введение в организм обезвреженных вирусов, несущих в себе закодированный инструмент для редактирования генома. Инструмент синтезируется в клетках печени, после чего начинает активно править геном организма. При этом необходимо, чтобы как минимум в 1% клеток печени заработала правильная копия необходимого гена. В противном случае лечение окажется неэффективным.

Как мы уже говорили ранее, о результатах экспериментального лечения можно будет судить не ранее чем через два месяца. Сам Брайан Мэддокс прекрасно понимает, что этот эксперимент может закончиться ничем, но по-прежнему не теряет надежды на то, что его жизнь наконец-то станет хотя бы немного комфортнее и проще. По его словам, на протяжении 15 лет он ждал, когда учёные научатся редактировать человеческий геном и смогут его спасти. Что ж, пожелаем этому человеку удачи и будем надеяться, что лечение действительно пойдёт ему на пользу.