به گزارش پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، مدل ریاضی جدیدی نشان می‌دهد که چگونه مکانیسم ترمودینامیکی و گرما می‌توانسته است سلول‌های اولیه را تقسیم کند.
حرکت ظریف پروتئین‌ها به سلول‌های مدرن کمک می‌کند تا تکثیر شوند. در جریان تقسیم سلولی، آنزیم‌ها و پروتئین‌های ساختاری همانندسازی DNA و تقسیم محتویات سیتوپلاسمی سلول و تقسیم غشا را سازمان‌دهی می‌کنند. انجام صحیح این فرایندها بسیار مهم است؛ زیرا بروز خطا می‌تواند به تولید سلول‌های دختری غیرطبیعی یا بدون قدرت زنده ماندن منجر شود.

میلیاردها سال پیش، همین چالش باید پیشِ روی اولین مجموعه‌های غشایی بوده باشد که به‌طور خود‌به‌خود از مواد بی‌جان به‌وجود آمده بودند؛ اما این پروتوسل‌ها (پیش‌سازهای سلول‌های زنده) باید بدون تکیه بر پروتئین‌های بزرگ تکثیر می‌شدند. اینکه آن‌ها چگونه این کار را انجام دادند، سؤال مهمی برای اختر زیست‌شناسان و بیوشیمی‌دانانی است که منشأ حیات را مطالعه می‌کنند. آنا وانگ، اخترزیست‌شناس دانشگاه نیوساوث‌ولز استرالیا گفت: «اگر همه‌ی آنزیم‌های سلول را حذف کنید، اتفاقی نمی‌افتد. آن‌ها بسیار پایدار هستند.»

در مطالعه‌ای که اخیرا در مجله‌ی Biophysical Journal منتشر شده است.

رومن آتال، فیزیک‌دان شهر علم‌و‌صنعت فرانسه و لوران شوارتز از بیمارستان‌های عمومی پاریس معادلات ریاضی را توسعه دادند که نشان می‌دهد چگونه گرما به‌تنهایی می‌توانسته است برای هدایت یکی از بخش‌های مهم فرایند تکثیر، یعنی شکافتن پروتوسل و تقسیم آن کافی بوده باشد.

آتال فکر می‌کند که فرایندهای شیمیایی و فیزیکی فعال در زندگی اولیه احتمالاً بسیار ساده بودند؛ بنابراین، ترمودینامیک به‌تنهایی می‌توانسته است نقش مهمی در چگونگی آغاز حیات داشته باشد. به‌گفته‌ی وی، معادلات بنیادینی که او روی آن‌ها کار کرده است، می‌توانند برخی از قوانین حاکم بر نحوه‌ی پیدایش اولیه‌ی زندگی را توضیح دهند.

تلنگری برای تقسیم‌شدن

برای اینکه سلول‌های ابتدایی بدون ماشین‌آلات پروتئینی پیچیده تقسیم شوند، به محرک فیزیکی یا شیمیایی نیاز خواهد بود. کشف فرایندهای که موجب تقسیم اولین سلول‌ها شد، زمانی چالش‌برانگیزتر می‌شود که در نظر بگیرید که دانشمندان هنوز درباره‌ی تعریف حیات و پروتوسل‌ها اتفاق‌نظر ندارند.

آنچه دانشمندان درباره‌اش اتفاق‌نظر دارند، این است که پروتوسل‌ها باید نوعی اطلاعات موروثی داشته باشند که بتوانند به سلول‌های دختری منتقل شوند و متابولیسمی داشته باشند که واکنش‌های شیمیایی را انجام بدهد و از غشای لیپیدی برخوردار باشند که متابولیسم و اطلاعات موروثی را از محیط آن‌ها جدا کند. درحالی‌که دنیای شیمیایی بیرون تصادفی بود، دیواربندی فراهم‌شده‌ی غشای لیپیدی می‌توانست ناحیه‌ای با آنتروپی کمتر ایجاد کند.

برای اینکه پروتوسلی پیش از تقسیم رشد کند، باید نه‌تنها حجم درون سلول، بلکه سطح غشای اطراف را نیز افزایش دهد

برای ایجاد دو سلول دختری کوچک‌تر با حجم مشابه با سلول والدی به لیپیدهای اضافی برای غشاهای آن‌ها نیاز است؛ زیرا سطح آن‌ها درمقایسه‌با حجم بزرگ‌تر خواهد بود.
درنتیجه‌ی واکنش‌های شیمیایی موردنیاز برای تأمین سوخت لازم برای تولید لیپیدها، انرژی به‌شکل گرما آزاد می‌شود. همان‌طور‌که آتال این ایده‌ها را با شوارتز درمیان می‌گذاشت، به این موضوع فکر می‌کرد که آیا این انرژی برای تحریک تقسیم اولیه سلول کافی بوده است یا خیر.

آتال با جست‌وجو در مقالات پژوهشی، مطالعه‌ای را پیدا کرد که نشان می‌داد دمای میتوکندری‌ها کمی بیشتر از سلول اطراف آن‌ها است. او می‌خواست بداند که آیا این تفاوت انرژی می‌تواند در پروتوسل‌ها ایجاد شود و آیا برای آغاز تقسیم کافی است یا خیر. آتال برای مدل‌سازی این مسئله معادلاتی را طرح کرد. او فرض کرد که پروتوسل‌ها میله‌ای‌شکل هستند و غشای دولایه‌ای دارند که به مواد‌مغذی و مواد زائد اجازه‌ی انتشار می‌دهد.

آتال متوجه شد که انرژی تولیدشده‌ی متابولیسم سلولی ابتدایی لیپیدهای داخل غشا را سریع‌تر از لیپیدهای خارج از غشا گرم می‌کند.

سپس، ترمودینامیک لیپیدهای داخلی پرانرژی را مجبور می‌کند که به‌‌سمت بیرون بچرخند و غشای بیرونی را گسترش دهند. راه‌حلی آسان برای این نبود تعادل آن است که سلول‌ها به‌هم فشار بیاورند و دو سلول دختری را ایجاد کنند. این فشردگی در میانه‌ی سلول والدی رخ می‌دهد که داغ‌ترین محل است و حرکات لیپیدی در آن بیشتر.

براساس مطالعه‌ی جدیدی، وزیکول‌های دارای غشا که پیش‌سازهای سلول‌های زنده بودند، ممکن است تحت‌تأثیر گرمای تولیدشده درونی تقسیم شده باشند.
کار آتال صرفاً تئوری است؛ اما می‌توان در آزمایشگاه با ایجاد وزیکول‌های مشابه و اندازه‌گیری اینکه آیا دمای درون آن‌ها از دمای بیرون آن‌ها متفاوت است، آن را آزمایش کرد. وانگ می‌گوید نبود تقارن در غشاهای لیپیدی می‌تواند در زندگی آغازین نقشی داشته باشد. اگرچه هم او و هم پل هیگز، بیوفیزیک‌دان دانشگاه مک‌مستر، درباره‌ی برخی از فرضیات مدل آتال تردید دارند.

در غشاهای امروزی، لیپیدها به‌راحتی جابه‌جا نمی‌شوند

آن‌ها خاطرنشان کردند ازآنجاکه سلول‌ها و پروتوسل‌ها کوچک هستند، گرمای بسیار کمی می‌تواند تولید شود و مشخص نیست که آیا تفاوت دما به‌اندازه‌ی کافی بزرگ است که قبل از اینکه گرما در سراسر غشا منتشر شود، فرایند شکافت را آغاز کند.
وانگ درباره‌ی حرکت پیشنهادی لیپیدها بین غشای درونی و غشای بیرونی نیز تردید دارد. در غشاهای امروزی، لیپیدها به‌راحتی جابه‌جا نمی‌شوند؛ زیرا مولکول‌های آن‌ها ساختارهای پیچیده‌ای دارند. البته این موضوع ممکن است درباره‌ی لیپیدهای ساده‌تری که برای ایجاد زندگی اولیه از آن‌ها استفاده شده است، صادق نباشد. او گفت وقتی در آزمایشگاه چنین وزیکول‌هایی تولید می‌شود، آن‌ها بدون قاعده در اطراف حرکت می‌کنند و نمی‌توانید جلو آن‌ها را بگیرید.

هیگز فرض آتال درباره‌ی میله‌ای‌شکل بودن سلول‌ها را نیز رد می‌کند.

این شکل به پروتئین‌های خاصی نیاز دارد تا غشا را محکم نگه دارند که پروتوسل‌ها فاقد آن‌ها بوده‌اند؛ درنتیجه، آن‌ها کروی خواهند بود، نه میله‌ای. او گفت: «نمی‌دانم که بدون وجود دیواره‌ی سخت، چگونه می‌توان شکل میله‌ای را حفظ کرد.»

وانگ می‌گوید هیچ‌یک از این مسائل بدین‌معنا نیست که گرما در تقسیم سلولی آغازین نقشی نداشته است؛ بلکه ممکن است مدل ریاضی آتال دقیق‌ترین مدل ممکن نباشد. با‌این‌حال، کلودیا بونفیو، بیوشیمی‌دان دانشگاه استراسبورگ فرانسه می‌گوید این مقاله به آثار علمی موجود درباره‌ی حیات آغازین می‌افزاید؛ زیرا نقطه شروع خوبی برای آزمایش‌ها است. اغلب فراموش می‌کنیم که واکنش‌ها گرما را مصرف و تولید می‌کنند و این امر می‌تواند بر مواردی مانند شکافت تأثیرگذار باشد.

به گزارش پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، تیمی از شیمیدانان تحت رهبری ییل از طرح های اولیه یک آنزیم کلیدی که ممکن است حاوی اصول طراحی نسل جدیدی از کاتالیزور های سوخت خورشیدی مصنوعی باشد، پرده برداری کرده اند.

این تحقیق که توسط گری برودویگ و کریستوفر گیسریل از دانشگاه ییل انجام شد. از میکروسکوپ الکتروالکترونی بر روی میکروارگانیسمی به نام Synechocystis استفاده کرد. تا تصویری بسیار نزدیک از Photosystem II، آنزیمی در فتوسنتز که از آب به عنوان سوخت خورشیدی استفاده می کند، به دست آورد.
این روش محققان را قادر می سازد تا نحوه عملکرد آنزیم را مشاهده کنند.

این مطالعه که در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است. توسط محققان دانشگاه کالیفرنیا-ریورساید، کالج بوستون و دانشگاه سیتی نیویورک انجام شده است.

فتوسنتز مکانیسمی است که بوسیله آن گیاهان و میکروارگانیسم های خاصی مانند Synechocystis از نور خورشید برای سنتز غذا از دی اکسید کربن و آب استفاده می کنند. و جو را با اکسیژن به عنوان یک محصول جانبی پر می کنند. در قلب فتوسنتز، Photosystem II، آنزیمی است که مولکول‌های آب را اکسید می‌کند. و الکترون‌های آن‌ها را می‌گیرد تا از آنها به عنوان سوخت استفاده شود.

دانشمندان مدت‌هاست که با مطالعه Photosystem II از Synechocystis، به دنبال راه‌هایی برای تقلید از این فرآیند برای ایجاد کاتالیزور های سوخت خورشیدی کارآمدتر بوده‌اند. اما بدون تصویر واضحی از ساختار مولکولی Photosystem II در Synechocystis، درک نتایج آزمایش‌های دانشمندان برای دانشمندان چالش برانگیز بوده است.

کار قبلی به رهبری Yale یک عکس فوری از Photosytem II از Synechocystis در مرحله “نابالغ” ایجاد کرد. قبل از اینکه آنزیم قادر به اکسیداسیون آب باشد. این کار به محققان اجازه داد تا درک بهتری از نحوه ساخت آنزیم برای کاتالیزور داشته باشند.

یافته های جدید

در مطالعه جدید، محققان توانستند آنزیم Synechocystis را به شکل بالغ و فعال آن، با تمام زیرواحدهای پروتئینی و فعالیتی که در طول اکسیداسیون آب وجود دارد، ببینند. این مشاهدات که توسط فناوری میکروسکوپ کرایو الکترونی در پردیس غربی Yale امکان‌پذیر شد. یکی از نزدیک‌ترین و دقیق‌ترین نگاه‌هایی را که تاکنون برای Photosystem II در Synechocystis انجام شده است، ارائه می‌کند.

برودویگ، پروفسور بنجامین سیلیمن، یکی از اساتید شیمی از موسسه علوم انرژی در پردیس غربی میگوید: «در این وضوح، ما می‌توانیم اسیدهای آمینه، کوفاکتورهای مولکولی کوچک و مولکول‌های آب را ببینیم که در مکانیسم اکسیداسیون آب استفاده می‌شوند. .

برودویگ افزود: «در برخی موارد، ما حتی می‌توانیم سهم تک تک پروتون‌ها را ببینیم.»

با این نمای جدید و نزدیک از Photosystem II از Synechocystis، محققان می‌گویند که می‌توانند تغییرات کوچکی را در آنزیم ایجاد کنند .( مانند جهش اسیدهای آمینه فردی ) تا ببینند این تغییرات چگونه بر عملکرد آنزیم تأثیر می‌گذارد.

گیسریل، دانشیار فوق دکتری در شیمی و نویسنده اول این مطالعه، میگوید : “هدف اصلی درک شیمی اکسیداسیون آب است.” کاری که ما در اینجا انجام داده‌ایم بستری را فراهم می‌کند که از طریق آن می‌توانیم سیستم را تجزیه کنیم و اصول طراحی کاتالیزور های سوخت خورشیدی مصنوعی را ارائه کنیم.»

منبع:“High-resolution cryo-electron microscopy structure of photosystem II from the mesophilic cyanobacterium, Synechocystis sp. PCC 6803″ by Christopher J. Gisriel, Jimin Wang, Jinchan Liu, David A. Flesher, Krystle M. Reiss, Hao-Li Huang, Ke R. Yang, William H. Armstrong, M. R. Gunner, Victor S. Batista, Richard J. Debus and Gary W. Brudvig, 22 December 2021, Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2116765118

به گزارش پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد به نقل از MITنیوز کار، بر اساس اثرات کوانتومی به عنوان یک رویکرد جدید برای آزمایش وجود ویروس کووید-۱۹ سریع‌تر، کم‌هزینه‌تر و به طور بالقوه کمتر در معرض نتایج اشتباه نسبت به روش‌های تشخیص موجود می تواند باشد. به گفته محققان اگرچه کار، بر اساس اثرات کوانتومی، هنوز در حد تئوری میباشد اما این آشکارسازهامی توانند به طور بالقوه برای شناسایی هر ویروسی سازگار شوند.

این رویکرد در مقاله‌ای که روز پنجشنبه در مجله Nano Letters توسط Changhao Li، دانشجوی دکترای MIT منتشر شد، توضیح داده شده است. پائولا کاپلارو، استاد علوم و مهندسی هسته ای و فیزیک؛ و روح الله سلیمان و محمد کهندل از دانشگاه واترلو محققان این مقاله هستند.

آزمایش‌های موجود برای ویروس SARS-CoV-2

در حال حاضر آزمایش‌های موجود برای ویروس SARS-CoV-2 شامل آزمایش‌های سریعی که پروتئین‌های ویروسی خاص را شناسایی می‌کندو آزمایش‌های واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) که چندین ساعت طول می‌کشد تا پردازش شوند می باشد. هیچ یک از این آزمایش ها نمی توانند مقدار ویروس موجود را با دقت بالا تعیین کنند. حتی تست‌های PCR استاندارد طلایی ممکن است دارای نرخ منفی کاذب بیش از ۲۵ درصد باشند. در مقابل، تجزیه و تحلیل تیم نشان می‌دهد که آزمایش جدید می‌تواند نرخ منفی کاذب زیر ۱ درصد داشته باشد. این آزمایش همچنین می‌تواند آنقدر حساس باشد که فقط چند صد رشته از RNA ویروسی را در عرض یک ثانیه تشخیص دهد.

روش کار رویکرد کوانتومی

رویکرد جدید از نقایص مقیاس اتمی در تکه‌های ریز الماس که به مراکز خالی نیتروژن (NV) معروف هستند، استفاده می‌کند. این نقص‌های کوچک به لطف اثرات کوانتومی که در شبکه کریستالی الماس رخ می‌دهد، به نوسانات کوچک بسیار حساس هستند. و برای طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های سنجش که نیاز به حساسیت بالایی دارند، مورد بررسی قرار می‌گیرند.

روش جدید شامل پوشاندن نانوالماس‌های حاوی این مراکز NV با ماده‌ای است که به صورت مغناطیسی با آن‌ها جفت شده و تنها با توالی RNA خاص ویروس پیوند می‌یابد. هنگامی که RNA ویروس وجود دارد. و به این ماده متصل می شود، اتصال مغناطیسی را مختل می کند و باعث ایجاد تغییراتی در فلورسانس الماس می شود که به راحتی با یک حسگر نوری مبتنی بر لیزر قابل تشخیص است.

به گفته محققان، این حسگر تنها از مواد ارزان قیمت استفاده می کند (الماس های درگیر کوچکتر از ذرات گرد و غبار هستند). این دستگاه ها را می توان برای تجزیه و تحلیل یک دسته کامل از نمونه ها به طور همزمان توسعه داد. پوشش مبتنی بر گادولینیوم با مولکول‌های آلی تنظیم‌شده با RNA را می‌توان با استفاده از فرآیندها و مواد شیمیایی رایج تولید کرد. و لیزرهایی که برای خواندن نتایج استفاده می‌شوند با نشانگرهای لیزر سبز تجاری ارزان و گسترده قابل مقایسه هستند.

اصول اولیه رویکرد کوانتومی

در حالی که این کار اولیه مبتنی بر شبیه‌سازی‌های ریاضی دقیق بود که ثابت کرد سیستم می‌تواند اصولاً کار کند، تیم به کار بر روی ترجمه آن به یک دستگاه در مقیاس آزمایشگاهی برای تأیید پیش‌بینی‌ها ادامه می‌دهد. لی می گوید: «ما نمی دانیم چه مدت طول می کشد تا ازمایشات نهایی را انجام دهیم. برنامه آنها ابتدا انجام یک آزمایش آزمایشگاهی اثبات اصول اولیه و سپس کار بر روی روش هایی برای بهینه سازی سیستم برای کارکرد آن بر روی برنامه های کاربردی تشخیص ویروس واقعی است.

فرآیند چند رشته‌ای به ترکیبی از تخصص در فیزیک و مهندسی کوانتوم، برای تولید خود آشکارسازها، و در شیمی و زیست‌شناسی، برای توسعه مولکول‌هایی که با RNA ویروسی متصل می‌شوند و یافتن راه‌هایی برای پیوند آنها با سطوح الماس نیاز دارد.

کاپلارو می‌گوید حتی اگر در ترجمه تحلیل نظری به یک دستگاه کار پیچیدگی‌هایی ایجاد شود، آنقدر حاشیه بزرگی از منفی‌های کاذب کمتر پیش‌بینی شده از این کار وجود دارد که احتمالاً همچنان برتری قوی نسبت به آزمایش‌های PCR استاندارد در این زمینه خواهد داشت. او می گوید و حتی اگر دقت یکسان باشد، این روش همچنان مزیت بزرگی در تولید نتایج خود در چند دقیقه خواهد داشت، نه اینکه چندین ساعت نیاز داشته باشد.

او می‌گوید که روش اصلی را می‌توان با هر ویروسی، از جمله هر ویروس جدیدی که ممکن است ایجاد شود، تطبیق داد.

به گزارش پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به نقل از ام آی تی نیوز  مهندسان شیمی پوششی برای میکروب‌ها ایجاد کردند که می‌تواند استقرار ارگانیسم‌ها را برای درمان بیماری‌های گوارشی آسان‌تر کند.
روده انسان خانه هزاران گونه باکتری است و برخی از این باکتری ها پتانسیل درمان انواع بیماری های دستگاه گوارش را دارند. برخی از گونه ها ممکن است به مبارزه با سرطان روده بزرگ کمک کنند. برخی دیگر در درمان یا پیشگیری از عفونت هایی مانند C. difficile کمک می کنند.

یکی از موانع توسعه این “بیوتراپی‌های زنده” آسیب توسط اکسیژن بسیاری از گونه هایی است که می‌توانند مفید باشنداست. این آسیب ساخت، ذخیره و تحویل آنها را دشوار می‌کند. مهندسان شیمی MIT اکنون نشان داده‌اند که می‌توانند از این باکتری‌ها با پوششی محافظت کنند که به آنها کمک می‌کند تا در فرآیند تولید زنده بمانند.

در مطالعه‌ای که امروز در مجله انجمن شیمی آمریکا منتشر شد. محققان نشان دادند که می‌توانند از پوشش روی سویه‌ای از E. coli و همچنین گونه دیگری که ممکن است به هضم نشاسته گیاهی کمک کند، استفاده کنند. آنها می‌گویند که این پوشش می‌تواند روی بسیاری از گونه‌های دیگر نیز اعمال شود.

آریل فورست، پروفسور مهندسی شیمی توسعه شغلی ریموند و هلن سنت لورن و نویسنده ارشد مطالعه جدید می‌گوید:

«ما معتقدیم که این پوشش می‌تواند تقریباً برای محافظت از هر میکروب مدنظر استفاده شود. ما فکر می‌کنیم میکروب‌هایی وجود دارند که می‌تواننددر درمان انواع بیماری‌ها کمک کنند.»

Gang Fan فوق دکترای MIT نویسنده اصلی این مطالعه است. پریس واسووانیچ، دانشجوی کارشناسی MIT، و ماریلا رودریگز اوترو، محقق سابق تابستانی آزمایشگاه تحقیقات مواد MIT، نیز نویسندگان این مقاله هستند.

پوشش محافظ

اکثر میکروب‌هایی که در روده انسان زندگی می‌کنند بی هوازی هستند و درجات مختلفی از حساسیت به اکسیژن را دارند. برخی می‌توانند کمی اکسیژن را تحمل کنند، در حالی که برای برخی دیگر، اکسیژن کشنده است.

این امر آزمایش پتانسیل آنها را به عنوان درمان بیماری‌های انسانی دشوار می‌کند. زیرا باکتری‌ها برای استفاده درمانی باید در فریزر خشک شوند و به صورت کپسول فرموله شوند. در این مطالعه، فورست و همکارانش تصمیم گرفتند با پوشاندن آنها با ماده‌ای ساخته شده از یون‌های فلزی و ترکیبات آلی به نام پلی فنول، از باکتری‌های بی‌هوازی محافظت کنند.

هنگامی که پلی فنل‌ها و یون‌های فلزی در محلول قرار می‌گیرند، یک صفحه دو بعدی و شبکه مانند را تشکیل می‌دهند. برای این مطالعه، محققان از آهن، که برای مصرف انسان بی‌خطر است، و سه پلی‌فنول که همگی توسط سازمان غذا و دارو به عنوان GRAS طبقه‌بندی می‌شوند، استفاده کردند: گالیک اسید، تانیک اسید، و اپی گالوکاتچین، در چای و سایر محصولات گیاهی یافت می‌شود.

اگر باکتری نیز به محلول اضافه شود. ماده به صورت خودآرایی به یک پوشش روی سلول های باکتریایی منفرد تبدیل می‌شود. این پوشش از باکتری‌ها در طول فرآیند یخ خشک کردن و تولید محافظت می‌کند. محققان نشان دادند که سلول های پوشش داده شده سالم و قادر به انجام فعالیت‌های سلولی طبیعی هستند، اگرچه رشد آنها به طور موقت مهار شد.

هنگامی که در معرض یک محیط اسیدی مانند محیط معده قرار می‌گیرد، پوشش شکسته شده و باکتری‌ها را آزاد می‌کند.

گسترش باکتری‌ها

یکی از سویه‌هایی که محققان برای آزمایش این پوشش استفاده کردند، باکتری Bacteroides thetaiotaomicron است. این گونه که دارای آنزیم‌های تخصصی برای هضم کربوهیدرات‌ها است، به نظر می‌رسد در میکروبیوم روده افراد سالم فراوان‌تر باشد. با این حال، مطالعه این که چگونه این باکتری‌ها می‌توانند به عنوان بیوتراپی به سلامت کمک کنند، دشوار بوده است، زیرا آنها به اکسیژن بسیار حساس هستند.

باکتری‌های دارای این نوع پوشش محافظ نیز می‌توانند برای کاربردهای کشاورزی مانند کمک به مقاوم‌تر کردن محصولات در برابر تنش مفید باشند. یکی دیگر از کاربردهای احتمالی این پوشش، استفاده از آن برای محافظت از میکروب‌هایی است که به عنوان واکسن استفاده می‌شوند. واکسن BCG که شامل نسخه گاوی میکروبی است که باعث سل می‌شود، به سختی تولید می‌شود و باید در دمای پایین نگهداری شود. فورست می‌گوید پوشش آن با یک لایه محافظ می‌تواند نیاز به ذخیره‌سازی سرد را برطرف کند و توزیع را آسان‌تر کند.

او می‌گوید: «اگر بتوانیم نیاز به نگهداری و حمل و نقل در سردخانه را برطرف کنیم، فکر می‌کنیم که بسیاری از درمان‌ها را به طور گسترده‌تری در دسترس قرار می‌دهد.

این تحقیق توسط مرکز MIT-Deshpande، برنامه فرصت‌های تحقیقاتی در مقطع کارشناسی در MIT، و برنامه MRSEC آزمایشگاه تحقیقات مواد MIT از بنیاد ملی علوم تامین شد.

به گزارش پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به نقل از سایت دانشگاه MIT، با استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری، شیمیدان ها کشف کرده اند که چگونه اجسام هسته‌ای به نام نوکلئولی با کروموزوم‌های موجود در هسته مولکولی برهمکنش می کنند. و چگونه این برهمکنش‌ها به نوکلئولی‌ها به عنوان قطرات پایدار در هسته کمک می‌کند.

این اجسام کوچک (نوکلئولی) که در ابتدای تقسیم سلولی شکسته می شوند. و سپس در مراحل بعدی دوباره تشکیل می شوند، از بیش از هزار مولکول مختلف RNA و پروتئین تشکیل شده اند. یکی از عملکردهای کلیدی نوکلئولی، تولید RNA ریبوزوم(جزئی از ریبوزوم ها) است.

مطالعات اخیر نشان داده است که هسته به صورت قطرات مایع چندگانه وجود دارد. به گفته ژانگ، این گیج کننده بود زیرا در شرایط عادی، چند قطره در نهایت باید با هم ترکیب شوند. و به یک قطره بزرگ تبدیل شوند تا کشش سطحی سیستم به حداقل برسد. او می‌گوید: «اینجاست که موضوع جالب می‌شود، زیرا در هسته، به نوعی آن قطرات چندگانه می‌توانند در کل چرخه سلولی، در حدود ۲۴ ساعت پایدار بمانند.»

استفاده از تکنیک شبیه‌سازی دینامیک مولکولی

برای کشف این پدیده، ژانگ و چی از تکنیکی به نام شبیه‌سازی دینامیک مولکولی استفاده کردند. این شبیه سازی می‌تواند نحوه تغییر یک سیستم مولکولی در طول زمان را مدل کند. در ابتدای شبیه سازی، پروتئین ها و RNA تشکیل دهنده هسته به طور تصادفی در سراسر هسته توزیع می شوند.و شبیه سازی نحوه تشکیل تدریجی قطرات کوچک را دنبال می کند. در شبیه سازی خود، محققان همچنین کروماتین، (ماده ای که کروموزوم ها را می سازد وشامل  پروتئین ها بعلاوهDNA  می باشد) را وارد کردند، با استفاده از داده‌های آزمایش‌های قبلی که ساختار کروموزوم‌ها را تجزیه و تحلیل می‌کردند، تیم MIT انرژی برهم‌کنش کروموزوم‌ها را محاسبه کرد که به آن‌ها اجازه داد نمایش‌های واقعی از ساختارهای ژنوم سه‌بعدی ارائه دهند.

 نوکلئولی ها مانند سلول‌های زنده، قطرات چندگانه ای را تشکیل می‌دهند

با استفاده از این مدل، محققان توانستند نحوه تشکیل قطرات نوکلئولی را مشاهده کنند. آنها دریافتند که اگر اجزای هسته‌ای را به تنهایی و بدون کروماتین مدل‌سازی کنند، همانطور که انتظار می‌رفت در نهایت به یک قطره بزرگ تبدیل می‌شوند. با این حال، هنگامی که کروماتین وارد مدل شد، محققان دریافتند که  نوکلئولی ها مانند سلول‌های زنده، قطرات چندگانه ای را تشکیل می‌دهند.

محققان همچنین دلیل این اتفاق را کشف کردند: قطرات هسته به مناطق خاصی از کروماتین متصل می‌شوند، و زمانی که این اتفاق می‌افتد، کروماتین مانند کشی عمل می‌کند که از ترکیب شدن  نوکلئولی ها به یکدیگر جلوگیری می‌کند. این نیروها اساساً جلوی تبدیل سیستم را به آن قطرات کوچک می‌گیرند و مانع از همجوشی آن‌ها می‌شوند. ژانگ می گوید:”مطالعه ما اولین مطالعه ای است که اهمیت این شبکه کروماتین را برجسته می کند. این مسئله می تواند به طور قابل توجهی همجوشی را کند و سیستم را در حالت قطرات متوقف کند”

حوزه کاربرد و تاثیر گذاری:

• بیوشیمی
• بیوتکنولوژی
• زیست شناسی سلولی مولکولی
• نوروساینس
• کنترل ژن و حوزه درمان سرطان

این غلظت جسم هسته‌ای اساساً پویایی سازمان ژنوم را تغییر می‌دهد و به احتمال زیاد ژنوم را از مایع به ژل تبدیل می کند. ژانگ می‌گوید که این حالت ژل‌مانند، تعامل نواحی مختلف کروماتین با یکدیگر را آسان‌تر می‌کند تا اینکه ساختار در حالت مایع وجود داشته باشد. حفظ فعل و انفعالات پایدار بین نواحی دوردست ژنوم بسیار مهم است. زیرا ژن ها اغلب توسط بخش هایی از کروماتین کنترل می شوند که از نظر فیزیکی از آنها فاصله دارند.

این تحقیق توسط مؤسسه ملی بهداشت و بنیاد گوردون و بتی مور تهیه شده است.

https://www.aparat.com/iranrasad.com

به گزارش پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به نقل از نیوز ساینتیست طی ۳۰ سال گذشته، کشف داروهای جدید به پیشرفت‌های چشم‌گیری در سلامت انسان منجر شده است. زندگی بیماران مبتلا به بیماری‌هایی مانند حمله قلبی، HIV/AIDS و سرطان متحول شده است. همانطور که به آینده می‌نگریم. ترکیب بینش های جدید در مورد زیست شناسی انسان و فناوری های نوآورانه درمانی ما را در اوج یک انقلاب علمی دیگر قرار می دهد.

درمان های سلولی و ژنتیکی نشان دهنده دو روش درمانی به سرعت در حال ظهور و هیجان انگیز با پتانسیل درمان بیماری های جدی است که از درمان دور شده اند. برای درک پتانسیل تحول‌آفرین فناوری‌های هیجان‌انگیز مانند ویرایش ژن CRISPR/Cas9 و زیست‌شناسی سلول‌های بنیادی، استفاده از هر کدام در فرضیه‌های درمانی درستی که ریشه در زیست‌شناسی علّی انسان دارد، حیاتی است.

به منظور تمرکز تلاش ها بر روی مشکلات مهم و جدی، در Vertex با بیولوژی علت بیماری های انسانی شروع می کنیم. ابتدا مشکلی را که می‌خواهیم حل کنیم شناسایی می‌کنیم. و تنها پس از آن ابزارهای مورد نیاز برای انجام کار را اختراع می‌کنیم یا به دست می‌آوریم. این رویکرد “ابتدا بیماری” در مرکز استراتژی تحقیق و توسعه ما قرار دارد. ما معتقدیم که شروع با زیست شناسی بیماری، به جای ابزار و فناوری، شانس موفقیت ما را به حداکثر می رساند. این امر در نهایت منجر  به درمان هایی می شود که هدف آنها تغییر بیماری های جدی است.

بیماری حرف اول را می زند

کشف هر داروی جدید با یک فرضیه درمانی شروع می‌شود. تعدیل زیست‌شناسی انسان با یک درمان معین، مزایایی را برای گروهی از بیماران فراهم می‌کند. که بیشتر از هر گونه آسیب احتمالی است. تجزیه و تحلیل سیستماتیک نشان می دهد که فاز ۲ مرحله توسعه بالینی با بالاترین ساییدگی است. تقریباً ۷۰٪ از همه داوطلبان موفق به پیشرفت نمی شوند. اکثر این شکست ها به دلیل عدم کارایی است. متأسفانه، اگر فرضیه درمانی زیربنایی اشتباه باشد، باقیمانده تلاش (هرچند ماهرانه اجرا شود) بیهوده است.

محققان Vertexمی گویند: ما برای هر پروژه ای که در آن سرمایه گذاری می کنیم یک استراتژی دقیق و منضبط را اعمال می کنیم. با هدف افزایش احتمال اینکه فرضیه درمانی ما به سود بالینی معنادار برای بیماران در قالب درمانی که مزایایی را برای گروهی از بیماران ارائه می دهد، افزایش دهد. که بیشتر از هر گونه آسیب احتمالی است.

ما فقط بر روی بیماری‌هایی تمرکز می‌کنیم که در آنها زیست‌شناسی علّی انسان را درک می‌کنیم. جایی که اهداف معتبر وجود دارد. و سنجش‌های ترجمه‌ای و نشانگرهای زیستی که از نیمکت به بالین ترجمه می‌شوند. اعتماد ما به اهداف و سنجش‌ها ما را به سرمایه‌گذاری در پیشبرد چندین نامزد بالینی در آزمایش‌های بالینی اولیه موازی سوق می‌دهد. این مسئله شانس موفقیت نهایی را به حداکثر می‌رساند. فقط آن دسته از کاندیداهایی که زیست‌شناسی علّی انسان و مشخصات بالینی قانع‌کننده را ترکیب می‌کنند، به آزمایش‌های بالینی در مراحل پایانی راه می‌یابند.

پذیرش روش های نوآورانه برای دستیابی به مزایای بیمار

محققان Vertexبیان میکنند که : ما از روش‌های نوآورانه استفاده می‌کنیم تا بتوانیم بیولوژی هر بیماری را بشکنیم. در حالی که خودمان بسیار مبتکر هستیم، نوآوری بزرگ خارج از دیوارمان را می شناسیم و به آن احترام می گذاریم. ما به دنبال ساخت، به دست آوردن و/یا شریک بر روی ابزارها و فناوری هایی هستیم که برای حمله به مشکل از هر زاویه ممکن نیاز داریم. امروز، ما نشان داده‌ایم که استراتژی می‌تواند بسیار موفق باشد، زیرا خط تولید ما مدالیته‌های متعددی از جمله مولکول‌های کوچک، درمان mRNA، ویرایش ژن بیماری سلول داسی شکل و بتا تالاسمی، و درمان جایگزینی سلول‌های مشتق شده از سلول‌های بنیادی برای دیابت نوع ۱ را در بر می‌گیرد.

اقدامات Vertex برای اجرایی کردن برنامه ها

برای فعال کردن این برنامه‌ها، تیم داخلی خود را ساخته‌ایم و مجموعه وسیع و عمیقی از فناوری‌ها و قابلیت‌های سلولی و ژنتیکی را جمع‌آوری کرده‌ایم. کشف دارو بهترین ورزش تیمی است، و بنابراین ما هم در Vertex و هم در خارج در اکوسیستم زیست پزشکی گسترده‌تر سرمایه‌گذاری می‌کنیم تا نوآوری‌های درمانی را پیش ببریم. در سال ۲۰۱۵، ما یک همکاری تحقیقاتی را با CRISPR Therapeutics برای کشف فناوری های ویرایش ژن که برخی از بیماری های جدی را هدف قرار می دهند، آغاز کردیم.

ما عمداً ویرایش ژن CRISPR/Cas9 را به دلیل توانایی آن در ارائه ویرایش‌های دقیق در یک مکان مورد نظر انتخاب کردیم، که معتقدیم در صورت هدف قرار دادن بیولوژی انسانی بیماری‌زا، پتانسیل تولید درمانی را دارد. امروز، برنامه ما از طریق توسعه بالینی در حال پیشرفت است.

استراتژی اول بیماری ما برای تحقق چشم انداز ما برای درمان یا تبدیل چندین بیماری جدی حیاتی است. دلیل موفقیت ما در هدف قرار دادن علت اصلی فیبروز کیستیک است. به همین دلیل است که همین شرکت در خط مقدم فناوری های نوآورانه پیشگام مانند ویرایش ژن CRISPR و درمان های مشتق از سلول های بنیادی قرار دارد.

با هدایت این ستون های دوگانه زیست شناسی انسانی و نوآوری های درمانی، ما معتقدیم که پیشرفت های پزشکی را به روش هایی تسریع خواهیم کرد که فقط امروز می توان از آنها قدردانی کرد.

توسط دیوید آلتشولر و باستیانو سانا

این مقاله توسط Vertex Pharmaceuticals نوشته و پرداخت شده است

محققان “کلتک” برای بررسی مغزحدودا یک سانتی متری نوعی عروس دریایی در زمان رشد کامل، ابزاری طراحی کردند . این جعبه ابزار، عروس دریایی های کوچک را از نظر ژنتیکی اصلاح میکند.پس از اصلاح ژنتیکی نورون‌های عصبی با نور فلورسنت در هنگام فعال شدن می درخشند .با توجه به اینکه عروس دریایی شفاف است درخشش عصبی این حیوان قابل مشاهده و تجزیه و تحلیل رفتارها توسط دانشمندان امکان پذیر است .

چرا عروس دریایی ؟

پیش از این از کرم‌ها، مگس‌ها، ماهی‌ها و موش‌ها برای مطالعات آزمایشگاهی استفاده میشده است . “برادی ویسبورد” محقق فوق دکترا و نویسنده مسئول این مطالعه در توجیه استفاده از عروس دریایی در مطالعات می‌گوید: عروسهای دریایی نقطه مقایسه‌ای مهمی هستند. آنها به ما اجازه می‌دهند سؤالاتی از این قبیل بپرسیم که آیا اصول علوم اعصاب در همه سیستم‌های عصبی مشترک است؟ یا اولین سیستم عصبی ممکن است چه شکلی بوده باشد؟ با کاوش گسترده‌تر در طبیعت، ممکن است نوآوری‌های بیولوژیکی مفیدی را نیز کشف کنیم.

بسیاری از عروس‌های دریایی کوچک و شفاف هستند که امتیاز بزرگی در مطالعات عصب شناختی محسوب میشود .با استفاده از  ابزارهای نوین تصویربرداری و دستکاری فعالیت عصبی با استفاده از نور میتوان کل سیستم عصبی یک عروس دریایی زنده را مشاهده کرد. مغز این موجود مانند یک شبکه در سراسر بدن حیوان پخش است. بخش‌های مختلف بدن یک عروس دریایی می‌توانند به ظاهر مستقل و بدون کنترل متمرکز عمل کنند. برای مثال وقتی دهان این موجود با جراحی برداشته شود، دهان به طور مستقل می‌تواند بدون اتصال و نیاز به بقیه بدن به غذا خوردن ادامه دهد! این بدن غیرمتمرکز یک استراتژی تکاملی بسیار موفق است که موجب بقای آن برای صدها میلیون سال شده است .

سیستم عصبی غیرمتمرکز عروس‌های دریایی چگونه رفتارهای آنها را هماهنگ می‌کند؟

محققان واکنش‌های زنجیره‌ای درخشانی که در نورون‌های این حیوان هنگام غذا خوردن رخ می‌دهد را بررسی کردند.آنان تشخیص دادند که یک زیرشبکه از نورون‌ها که یک نوروپپتید خاص(مولکولی که توسط نورون‌ها تولید می‌شود) تولید می‌کند که مسئول چین‌خوردگی به سمت داخل بدن است. شبکه نورون‌های عروس دریایی در ابتدا پراکنده و بدون ساختار به نظر می‌رسید.محققان با سیستم فلور سنت درجه شگفت انگیزی از سازماندهی را یافتند .

” ویسبورد” توضیح می‌دهد: آزمایش‌های ما نشان داد که این شبکه به ‌ظاهر پراکنده از نورون‌ها که زیر درون بدن عروس دریایی قرار دارند، در واقع به بخش‌هایی از نورون‌های فعال تقسیم می‌شود که در برش‌هایی مانند برش‌های پیتزا سازمان‌دهی شده‌اند. هنگامی که یک عروس دریایی یک میگو را با یک شاخک خود شکار می‌کند، نورون‌های موجود در “برش پیتزا” که نزدیک به آن شاخک است ابتدا فعال می‌شوند که به نوبه خود باعث می‌شود آن قسمت  به سمت داخل جمع شود و میگو را به دهانش برساند. نکته مهم این است که اگر حتی با میکروسکوپ به آناتومی این موجودات نگاه کنید، این سطح از سازمان یافتگی عصبی کاملاً نامرئی است. شما باید بتوانید نورون‌های فعال را درخشان کنید تا آن را ببینید و این همان کاری است که محققان می‌توانند با این سیستم جدید خود انجام دهند.

کاربرد نتایج این تحقیقات چیست؟

“ویسبورد” تاکید می‌کند که این مطالعه فقط یک شناخت سطحی از درک مجموعه کامل رفتارهای عروس دریایی است. او می‌گوید: ما در کارهای آینده می‌خواهیم از این موجود به‌عنوان یک بستر قابل انعطاف برای درک دقیق نحوه ایجاد رفتارها توسط کل سیستم‌های عصبی استفاده کنیم. در زمینه خوردن غذا، درک اینکه چگونه شاخک‌ها و دهان عروس دریایی همگی با یکدیگر هماهنگ می‌شوند، به ما امکان می‌دهد به مشکلات کلی‌تری در مورد عملکرد ماژولار در سیستم‌های عصبی و نحوه هماهنگی این ماژول‌ها با یکدیگر بپردازیم. هدف نهایی نه تنها درک سیستم عصبی عروس دریایی بلکه استفاده از آن به عنوان سکوی پرشی برای درک سیستم‌های عصبی پیچیده‌تر در آینده است
.caltech.edu