НОВОСТИ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ

Разработан инновационный антивирусный наногель

Международная междисциплинарная команда вирусологов и биохимиков, в которую входят ученые из Свободного университета Берлина, разработала недорогие наногели, способные эффективно предупреждать вирусные инфекции. Эластичные наногели имитируют рецепторы клеточной поверхности, к которым крепятся некоторые семейства вирусов. Патогены прикрепляются к молекулам наногеля, значительно уменьшая риск инфицирования клеток. Результаты исследования опубликованы в онлайн-журнале ACS Nano.

Медицинскому исследованию предстоит пройти нелегкий путь из-за огромного числа существующих вирусов. Большинство доступных на сегодня медикаментов эффективно защищают только от одного вируса или нескольких схожих, так как блокируют лишь определенные вирусные белки, предотвращая цикл вирусной репликации в зараженных клетках. Вдобавок к возможным побочным эффектам этих веществ появление резистентных вирусных штаммов представляет серьезную опасность.

Несмотря на многообразие видов и морфологий, многие вирусы отчасти схожи. Они часто поливалентно взаимодействуют со специфическими рецепторами и корецепторами на поверхности клеток, с помощью которых они осуществляют изначальный контакт и распространение внутри клеток. Нарушение сложного механизма взаимодействия клетки и вируса — ключевая область исследования для разработки эффективных антивирусных средств широкого спектра. Протеогликаны гепарансульфата (HS) формируют входные порты в клеточной мембране для различных вирусов. Уже разработано много типов наночастиц, предназначенных для блокировки проникновения вируса в клетку посредством молекул HS. В целом они основаны на жестких материалах, наподобие частиц золота и серебра. Использование более мягких и эластичных веществ в качестве альтернативы в этом вопросе пока мало исследовано.

Сейчас немецко-индийская команда ученых разработала наногели с разными степенями эластичности, имитирующими клеточные белки HS. Активное соединение, основанное на дендритном полиглицериновом сульфате, способно эффективно и постоянно захватывать и изолировать вирусы, тем самым предотвращая заболевания. Эти наногели могут легко адаптироваться к поверхности вируса, что увеличивает их поливалентные взаимодействия с частицами вируса и снижает вероятность отсоединения патогенов.

Исследователи синтезировали два сульфатированных наногеля, работающих против герпеса и артеривирусов у людей и животных. Сгенерированные наногели могут достичь ингибирующего эффекта в 90% случаев. Вещества остаются активными довольно долго, а также предоставляют защиту от вирусных частиц, испущенных зараженными клетками. Наногели можно изготовить по достаточно низкой цене (если сравнивать с производством традиционных антивирусных средств). Таким образом, их можно применять и в лечении животных. Кроме того, полимерные гели безвредны, могут распадаться на более мелкие фрагменты и выводиться через почки.

Медики пересадили свиньям легкие «из пробирки»

Подходящие доноры легких – огромная редкость, и потребности в них для пересадки намного превышают любые доступные источники. Впрочем, вскоре положение может улучшиться: в статье, опубликованной журналом Science Translational Medicine, медики из Техасского университета сообщили об успешном выращивании искусственных легких в лаборатории, и пересадке их подопытным животным. Вскоре подобная процедура может спасти немало человеческих жизней.

«Невозможность создать проницаемые микрососудистые сети, способные поддерживать выживание тканей и без протечек выдерживать физиологические уровни давления остается фундаментальной проблемой тканевой инженерии», – пишут Джоан Николс (Joan Nichols) и ее коллеги. Ученым удалось это, взяв за основу белковый матрикс свиных легких, из которых были удалены все клетки, обнажив лишь гибкий трехмерный «скелет». Его поместили в питательный раствор и засеяли собственными клетками свиней-реципиентов будущих органов. После месяца культивирования прошли операции по пересадке. Уже через две недели органы начинали образовывать сосудистую сеть.

Целью исследования была сама технология выращивания легких и их поведение в первое время после трансплантации, поэтому свиней усыпляли спустя разные периоды, анализируя состояние пересаженных органов. Ни у одной из них не развилось никаких реакций, возникающих при отторжении, уровень кислорода оставался в пределах нормы. Последняя из них была усыплена два месяца спустя после трансплантации, и более длительные наблюдения за такими «пациентами» еще предстоят. Однако перспектива создания биоинженерных органов и тканей для пересадки больным, очевидно, стала заметно ближе. Сами авторы работы полагают, что уже лет через 5-10 методика выращивания человеческих легких для нуждающихся в трансплантации начнет применяться в больницах.

В кишечной микрофлоре обнаружены ферменты, способные удалять агглютиногены с поверхности эритроцитов, превращая кровь любой группы в универсальную — первую.

Какая бы катастрофа ни случилась, пострадавшим требуется кровь для переливания, лучше всего группы I (0 по системе AB0), подходящей для переливания всем нуждающимся. Получить ее можно из крови любой группы: у бактерий кишечной микрофлоры ученые нашли ферменты, «очищающие» эритроциты и делающие донорскую кровь универсальной. Об этом на 256-й общенациональной встрече и выставке Американского химического общества (ACS) рассказал Стивен Витерс (Stephen Withers) из канадского Университета Британской Колумбии.

В зависимости от унаследованного набора генов, наши эритроциты могут нести на поверхности белки, соединенные со специфическими углеводами, — гликопротеины (А- и В-агглютиногены). Незнакомые гликопротеины донорской крови могут распознаваться иммунной системой, вызывая слипание эритроцитов. Несколько лет назад ученые уже показывали, что кровь любой группы можно превратить в первую, обработав ее ферментами-гидролазами, которые удаляют остатки углеводов из гликопротеинов. Это лишает эритроциты А- и В-агглютиногенов, переводя кровь в группу I.

К сожалению, до сих пор такое превращение было недостаточно эффективным для того, чтобы можно было говорить о практическом применении. Важным шагом к этому стала новая работа Стивена Витерса и его коллег, которым удалось выделить гидролазы кишечных бактерий, действующие на порядок лучше предыдущих вариантов. Интересно, что поначалу поиск велся среди ферментов комаров и пиявок, животных, способных переваривать кровь, однако решение пришло с неожиданной стороны.

Слизистая поверхность кишечника весьма богата муцинами — как и агглютиногены крови, это белки, связанные с остатками углеводов (гликопротеины). Многие из обитающих здесь микробов, помогающих нашему пищеварению, способны закрепляться на муцинах и питаться этими молекулами, что дало надежду на то, что они способны и разрушать агглютиногены эритроцитов. Не пытаясь работать с разными видами бактерий по отдельности, ученые получили общую ДНК из образца кишечной микрофлоры, из которой выделяли гены и группы генов, переносили их в лабораторные штаммы E. coli и смотрели, какие из бактерий проявят нужную активность.

Изучив сотни ГМ-колоний, авторы нашли среди них те, которые оказались способны удалять агглютиногены с эритроцитов, и уже тогда определили работающие у них гены и белки. Эффективность некоторых этих ферментов оказалась в 30 раз выше, чем у ранее найденного белка. Разумеется, прежде чем такие инструменты окажутся в руках медиков, предстоят многочисленные исследования и клинические испытания, однако новый шаг к превращению любой крови в универсальную прямо в больнице, там и когда она понадобится людям — сделан.

Получены искусственные клетки, содержащие лишь минимальный набор необходимых инструментов для обнаружения и уничтожения бактерий.

Строго говоря, клетками полученные структуры можно назвать лишь условно. Они состоят из мембранных пузырьков и отдельных очищенных компонентов, необходимых для работы, но не способны ни к сложной активности, ни к размножению, как полуживые биохимические «франкенштейны». Об этом ученые из Калифорнийского университета в Дейвисе сообщают в статье, опубликованной в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

Внутри липидных пузырьков, напоминающих мембранные структуры обычной клетки, заключена небольшая ДНК, содержащая строго ограниченный набор генов, отдельные белки и другие молекулы, необходимые для их работы.

Модифицированная мембрана позволяет им выживать в довольно широком диапазоне условий, однако как только внутренние запасы необходимых веществ закончатся, такие клетки погибнут. Но в течение всей жизни они действуют как весьма эффективные охотники за микробами. В экспериментах ученые спроектировали синтетические клетки так, чтобы их рецепторные белки реагировали на присутствие в среде молекул — маркеров бактерий кишечной палочки, связывались с их поверхностью и разрушали.

Авторы предполагают, что в будущем такие синтетические системы могут создаваться под самые разные задачи — будь то уничтожение устойчивых к антибиотикам бактерий в организме больного или просто адресная доставка лекарств.

Исследователи получили энергию при помощи полу-искусственного фотосинтеза — процесса, при котором вода в растениях расщепляется на водород и кислород. Новый метод позволил им увеличить количество произведенной энергии.

Биологи нашли новый способ использовать солнечную энергию в благих целях. Изменив механизм фотосинтеза в растениях, они научились расщеплять воду на водород и кислород, высвобождая при этом энергию. Статья об этом опубликована в Nature Energy.

Фотосинтез — сам по себе процесс «переработки» солнечного света в энергию, который используют растения. Кислород — его побочный продукт, образующийся в результате разложения поглощенной растением воды. Пожалуй, фотосинтез — важнейшая реакция для всего живого на Земле, так как продуцирует почти весь кислород в атмосфере планеты. Водород же, который также образуется при расщеплении воды в ходе фотосинтеза, в потенциале может быть экологичным и неисчерпаемым источником энергии.

Группа исследователей во главе с академиками из Колледжа Святого Иоанна при Кембриджском университете использовала солнечный свет, чтобы расщепить воду на водород и кислород во время процесса искусственного фотосинтеза, который ученые подкорректировали при помощи биологических компонентов и новых технологий. При таком методе растения поглощают больше солнечного света, чем обычно.

«Естественный фотосинтез неэффективен, так как он развивался исключительно ради выживания растений, поэтому он обеспечивает минимальную необходимую энергию — лишь 1-2% от того, сколько в потенциале может выдать», — прокомментировала одна из авторов работы Катаржина Сокол.

Искусственный фотосинтез существует уже много десятилетий, но его еще ни разу успешно не применили для создания возобновляемой энергии, так как он основан на действии дорогих и токсичных катализаторов. По этой же причине никто не пытался задействовать его на промышленном уровне.

Кембриджское исследование — часть масштабных работ по совершенствованию метода полу-искусственного фотосинтеза с целью перейти к полностью искусственному фотосинтезу, использующему ферменты.

Источники:

Иллюстрация взята с сайта naked-science.ru

НОВОСТИ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ

Добавить комментарий Отменить ответ