Журнал Наука | Science Journals
7 августа 2019
#наука #science #news #новости
Созданы бактерии, помогающие лечить рак
Ученые создали штамм непатогенных бактерий, которые могут колонизировать твердые опухоли у мышей и безопасно доставлять мощные лекарства.
Новая область синтетической биологии — конструирование новых биологических компонентов и систем — революционизирует медицину. Благодаря генетическому программированию живых клеток исследователи создают системы, которые разумно воспринимают и реагируют на различные среды. Примером такой системы могут быть бактерии или вирусы, которые реагируют на «врага» и атакуют его по заложенной исследователями программе.
Одной из областей применения этой технологии может стать иммунотерапия рака, которая использует естественный иммунитет организма для уничтожения опухолей. Однако иммунотерапия может вызывать значительное число побочных эффектов.
Исследователи из Колумбийского университета объявили, что они решают эту проблему путем разработки штамма непатогенных бактерий, которые могут колонизировать твердые опухоли у мышей и безопасно доставлять в них мощные препараты, действуя как троянский конь, который лечит опухоли изнутри. Терапия вела не только к полной регрессии опухоли у мышей, но и к сокращению количества метастаз. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Medicine.
Команда объединила свои знания в области синтетической биологии и иммунологии, чтобы создать штамм бактерий, способных расти и размножаться в некротическом ядре опухолей. Когда количество бактерий достигает критического порога, непатогенная кишечная палочка самоуничтожается, что позволяет эффективно высвобождать терапевтические средства и предотвращать их разрушение в других частях тела.
На данном этапе ученые проводят лабораторные испытания. Они тестируют безопасность нового подхода и подбирают оптимальную комбинацию иммунотерапевтического препарата и бактерии. Положительные результаты этих испытаний могут открыть ученым путь к клиническим исследованиям на пациентах.
#наука #science #news #новости
Молодые слоны научились объединяться в «банды»
Чтобы выжить в условиях современного мира, молодые самцы индийских слонов выработали новую форму поведения и стали образовывать отдельные группы.
Сколь часто ни встречаем мы слонов в кино и мультфильмах, на логотипах и в зоопарках, в дикой природе и африканским, и азиатским слонам угрожает вымирание. Однако эти великаны исключительно умны и социальны, и под мощным давлением они находят новые приемы и способы адаптации.
Так, в Индии молодые самцы, в норме живущие в составе смешанных семей, стали отделяться и образовывать кочующие группы одиночек. Связываться с такой «бандой» весьма опасно даже для хорошо вооруженных браконьеров, и такое поведение повышает шансы слонов на выживание. Недаром оно чаще всего проявляется в сельскохозяйственных районах, особенно опасных для этих больших животных.
В статье, опубликованной в журнале Scientific Reports, Нишант Шринивасая (Nishant Srinivasaiah) и его соавторы пишут, что для проверки сообщений о появлении «слоновьих банд» они собрали почти 1500 фотографий 250 слонов, живущих в разных регионах Индии. Снимки были сделаны в 2016-2017 годах и, действительно, частично запечатлели группы по трое-шестеро совместно проживающих молодых самцов.
В лесистых, сравнительно безопасных районах слоны сохраняют традиционный образ жизни, и молодняк остается в родной семье, пока не повзрослеет окончательно и не станет могучими одиночками. Однако в сельскохозяйственных районах «подросткам» приходится группироваться, чтобы выжить.
#наука #science #news #новости
Ученые обнаружили «великий саргассовый пояс» в Атлантике
Загрязнение воды создает рекордных масштабов «цветения» воды, покрывающие Атлантический океан от берега до берега.
В течение лета бурые водоросли Sargassumспособны разрастаться, покрывая целые регионы в тропической части Атлантического океана. В 2018 году этот «саргассовый пояс» распространился на рекордные пространства от побережья Африки до Мексиканского залива. По подсчетам Брайана Барнса (Brian Barnes) и его коллег из Университета Южной Флориды, его биомасса составила не менее 20 миллионов тонн — рекордное по объемам цветение водорослей. Их статьяопубликована в журнале Science.
Авторы проанализировали данные спутниковых наблюдений за «цветением» морских водорослей в XXI веке. Обнаружилось, что в 2000-2010 годах плавающие у поверхности острова саргассовые водоросли появлялись лишь летом и осенью, близ дельты Амазонки, но в Центральной Атлантике их не было. Однако начиная с 2011 года они стали разрастаться, образуя «великий саргассовый пояс» через весь океан, и с тех пор такое повторяется каждое лето (за исключением 2013 года). В 2018-м разрастание стало рекордным, произведя вдесятеро больше биомассы, чем в 2011 году.
Появление «великого саргассового пояса» ученые связывают с поступлением в воды Атлантики загрязнений, смываемых с сельскохозяйственных угодий. Особенно большие объемы нитратов и фосфатов выносит Амазонка, а продолжающееся сокращение лесного покрова вокруг реки лишь стимулирует этот процесс. Вторым по важности источником загрязнений авторы называют страны Западной Африки, ведущие активную добычу воды из подземных источников для полива растений. Эта вода в итоге также оказывается в океане, а с нею — и минералы, играющие роль «удобрений» для саргассовых.
Плавучие острова бурых водорослей — важная часть местных экосистем. Они дают приют морским животным, рыбам и птицам. Однако бескрайние пространства, покрытые таким «одеялом», становятся опасны. Они повреждают кораллы, многими тоннами выносятся на берег и разлагаются, нанося вред здешним жителям. Остается лишь гадать, каким окажется для «саргассового пояса» лето 2019 года.
#наука #science #news #новости
Сердца черепах могут адаптироваться, чтобы выжить без кислорода
Оказалось, что низкие уровни кислорода, воздействующие на эмбрионы черепах, в будущем дают им возможность существовать без дыхания несколько месяцев.
В зимнее время некоторые каймановые черепахи любят зимовать в прудах и озерах. Надежно спрятанные под тонким слоем льда, эти пресноводные рептилии могут выжить до шести месяцев без кислорода. Новое исследование пролило свет на эту тайну природы.
Выживание в гипоксических условиях зависит от способности сердца продолжать поставлять питательные вещества в клетки организма. Когда люди страдают от сердечных приступов, их сердца, как правило, повреждены в результате гипоксии, и то же самое может произойти во время пересадки сердца. Тем не менее, рептилии, такие как черепахи и аллигаторы, могут противостоять этим экстремальным условиям и поддерживать обмен веществ и мышечную функцию при низком содержании кислорода в среде.
Чтобы выяснить, что происходит на клеточном уровне в организме этих рептилий, исследователи изучили группу молодых обычных каймановых черепах (Chelydra serpentina), половина из которых развивалась при нормальном содержании кислорода (21 процент), а половина росла при 10 процентах этого газа в атмосфере.
Чтобы понять механизм адаптации, ученые изолировали клетки сердечной мышцы от основного органа и затем подвергли их более низким уровням кислорода, позволяя команде измерять кислотность среды, уровень кальция (который помогает сокращать сердечные мышцы) и химических веществ, называемых активными формами кислорода.
Даже когда кислород был резко введен в клеточную среду после этапа гипоксии, клетки рептилий не получили серьезных повреждений. Полученные данные свидетельствуют о том, что кислород является важным экологическим сигналом для включения и выключения определенных генов, которые позволяют сердцу черепахи переносить низкое содержание этого газа в определенные периоды своей жизни.
#наука #science #news #новости
ИИ создал 3D-симуляцию Вселенной, но ученые не знают, как это получилось
Впервые астрофизики использовали искусственный интеллект для создания 3D-симуляции Вселенной. Результаты настолько точные и надежные, что создатели не уверены в том, как все это работает.
Скорость и точность проекта, названного Deep Density Displacement Model, или D3M, не были самым большим сюрпризом для исследователей. Реальный шок состоял в том, что D3M мог точно имитировать, как будет выглядеть Вселенная, если изменить некоторые ее параметры, например процент темной материи. Но при обучении алгоритм не получал никаких данных о том, что происходит при изменении этих параметров.
Программу создали ученые из Центра вычислительной астрофизики Института Флэтайрон в Нью-Йорке. Компьютерное моделирование, подобное тому, которое было сделано моделью D3M, существенно продвинуло вперед теоретическую астрофизику.
Ученые хотят знать, как космос может развиваться при различных сценариях, например при изменении темной энергии со временем. Такие исследования требуют выполнения тысяч операций, а D3M строит симуляции быстро и очень точно. Это делает ее уникальной в своем роде.
В частности, новый алгоритм может моделировать изменение гравитационной силы. Исследователи решили сосредоточиться только на гравитации, потому что она определяет большинство процессов, происходящих на уровне планет и звезд.
Поэтому ученые «скормили» нейронной сети D3M более 8000 различных симуляций Вселенной, которые создала другая программа. В результате, когда исследователи запустили новый алгоритм, он смог воссоздать модель Вселенной диаметром в 600 миллионов световых лет за 30 миллисекунд. При этом его погрешность составила менее трех процентов по сравнению с программами, которые потратили на процесс более 300 часов.
Но, несмотря на такие впечатляющие результаты, создатели D3M до сих пор не совсем понимают, как нейросети удалось создать симуляцию всего за несколько миллисекунд. Вполне возможно, что алгоритм пошел по пути наименьшего сопротивления и просто соединил несколько уже загруженных в него моделей в одну. Но это астрофизикам еще предстоит выяснить.
