Все выпуски  

Влияние наночастиц на морскую фауну. Самый маленький клеточный мотор движется как качели.


ВЫПУСК 82

 

 

 

Влияние наночастиц на морскую фауну

 

Наночастицы из потребительских товаров, попадающие в океан, могут нанести вред устрицам и мидиям.

 

Промышленные наноматериалы сейчас можно найти в таких разных областях как электроника, косметика, краски и даже медицинские препараты, но их воздействие на окружающую среду остается практически неизвестным. В новом лабораторном исследовании ученые выяснили, что морские устрицы и мидии накапливают и задерживают значительные количества промышленных наночастиц из морской воды - так называемого «морского снега».

 

«Наночастицы используются во все больших количествах и, скорее всего, они будут все больше выделяться в окружающую среду, включая океан», - говорит профессор Эван Ворд (Evan Ward) из Университета Коннектикута (University of Connecticut). «Развивая нанотехнологии, нам нужно проявлять осторожность. Мы должны знать, куда попадают наночастицы и какое влияние они оказывают на морские организмы».

 

Наночастицы, имеющие диаметр менее 100 нанометров, представляют собой мельчайшие количества обычных веществ. Такие размеры придают им свойства, которыми не обладают частицы нормального размера: например, их большая относительно размера площадь поверхности делает их прочнее, легче и рефлективнее, превращая в идеальный материал для армирования металлов, увеличения SPF в солнцезащитной косметике, повышения энергоэффективности наших домов при использовании бытовых красок.

 

Однако некоторые ученые обеспокоены тем, что именно эти свойства промышленных наночастиц могут сделать их опасными. Они могут попадать в почву, реки и другие водные артерии и, в конечном итоге, в океан, увеличивая потенциальную опасность для животных и растений.

 

«Некоторые материалы, считающиеся безопасными, фактически могут нанести вред клеткам, находясь в своей «нано» форме», - считает Ворд.

 

Ворд занимается исследованиями в области экологической физиологии устриц, мидий и близких к ним животных, использующих свои жабры как специализированные фильтры для добывания пищи из морской воды. Хотя сами наночастицы слишком малы для накопления в больших количествах, исследования Ворда сфокусированы на том, как экология влияет на скорость поглощения пищевых веществ этими двухстворчатыми моллюсками.

 

«В нашем исследовании мы обращаем внимание на то, как наночастицы могут попасть в живые организмы в естественной среде обитания», - говорит он. «Мы задались вопросом, каковы условия, в которых животные подвергаются воздействию этих частиц».

 

В океане материалы редко существуют в виде отдельных частиц. Океанские течения связывают их и липкие органические вещества в агрегаты, которые ученые называют «морским снегом». Такие агрегаты затем оседают на дно, где их поглощают питающиеся с помощью фильтрации организмы, такие как двухстворчатые моллюски.

 

В экспериментах, описанных в статье в Marine Environmental Research, Ворд и его соавтор Дастин Ках (Dustin Kach) использовали природную морскую воду для создания морского снега, содержащего наночастицы полистирола, помеченные флуоресцентными метками. Затем они подвергли устриц и мидий, собранных у побережья Лонг-Айленда, воздействию морской водой с таким морским снегом.

 

Исследователи обнаружили, что его воздействие приводит к поглощению гораздо большего количества наночастиц. Но они пришли и к другому выводу: если двухстворчатые моллюски фильтруют морской снег, наночастицы остаются в их организмах значительно дольше, чем можно было бы ожидать для непищевых веществ – до трех дней.

 

Ворд подозревает, что наночастицы принимаются животными за пищу и попадают в их пищеварительные клетки. Это может оказаться особенно опасным, так как маленькие наночастицы могут обмануть естественную защиту живых клеток.

 

Из-за большой площади поверхности промышленные наночастицы могут выбивать электроны из других соединений и приводить к образованию свободных радикалов. Такие частицы могут вызвать в клетках хаос.

 

Ворд рассматривает свою работу как первый шаг к пониманию потенциальных рисков, связанных с нанотехнологиями. Он подчеркивает, что необходима дальнейшая работа по определению количества промышленных наночастиц в морской воде и уровня их токсичности для живых организмов.

 

«Сейчас в нашем распоряжении очень мало технологий, позволяющих определить промышленные наноматериалы в природной среде, так как они чертовски малы», - говорит Ворд. «Мы надеемся, что наши исследования продемонстрируют потенциальные проблемы, сопутствующие использованию наноматериалов. Позднее, когда будут разработаны методы, применимые к исследованиям в дикой природе, мы сможем сказать, нужно ли нам проявлять беспокойство».

 

 

По материалам Университета Коннектикута.

 

 

Оригинал статьи

 

Study Examines How Nanoparticles Affect Marine Organisms

 

 

 

Вглубь живой материи

 

 

Самый маленький клеточный мотор движется как качели

 

Движение самого маленького в живой природе мотора – белка, переносящего грузы внутри клеток и помогающего им делиться – напоминает движение детских качелей. К такому выводу пришли ученые из Национальной лаборатории Лоренса Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) Министерства энергетики США и Университета Брандеса (Brandeis University).

 

Исследователи получили снимки белкового мотора с высоким разрешением. На них белок-мотор кинезин движется вдоль микротрубочки, представляющей собой трубчатую структуру. В живой клетке из таких микротрубочек формируется цитоскелет. В результате ученые увидели, какие структурные изменения претерпевают молекулы кинезина в процессе переноса грузов.

 

«Мы впервые увидели, как движение частей молекулы на атомном уровне позволяет ей продвигаться самой и переносить груз вдоль микротрубочки», - говорит Кен Даунинг (Ken Downing), биофизик из Беркли. Он проводил свое исследование вместе с докторантом Чарлзом Синделаром (Charles Sindelar) из Университета Брандеса.

 

«Мы пришли к выводу, что существует точка опоры, в которой кинезин связывается с микротрубочкой, заставляющая его качаться вверх и вниз, как качели, по мере движения», - добавляет Даунинг.

 

Их исследование опубликовано в онлайн-издании Proceedings of the National Academy of Sciences.

 

Даже самые первые результаты исследования движения кинезинового мотора дают ключ к пониманию одного из фундаментальных процессов в природе. Обеспеченные энергией макроэргического соединения АТФ кинезиновые белки движутся по микротрубочкам, как поезда по железнодорожным путям, буксируя грузы к различным частям клеток и способствуя их делению.

 

До сих пор ученые не имели ясного представления о том, что происходит, когда молекула АТФ соединяется с кинезином, и особенно о том, как этот процесс вызывает структурные изменения кинезина, позволяющие ему перемещаться вдоль микротрубочек.

 

Кристаллографические изображения кинезиновых моторов со сверхвысоким разрешением позволили ученым собрать воедино трехмерную модель кинезина. Но эти снимки не отображают самого процесса структурных изменений.

 

«Проблема заключается в том, что, до тех пор, пока кинезин не прикрепится к микротрубочке, никаких структурных преобразований, позволяющих начаться процессу переноса энергии от АТФ к кинезину (гидролизу АТФ) не происходит», - говорит Даунинг.

 

Чтобы увидеть кинезин на этой критической стадии, Даунинг и Синделар обратились к разновидности электронной микроскопии - криоэлектронной микроскопии, исследующей образцы при крайне низких температурах. Такая технология применяется специалистами в области структурной биологии для получения изображений белковых и других молекул в реальных условиях, в данном случае при связывании кинезина с микротрубочкой.

 

Технология дала возможность получить изображения с разрешением 8-9 ангстрем четырех фаз цикла работы кинезина. Ангстрем – одна десятимиллиардная доля метра. Используя эти снимки в качестве ориентира, ученые погрузились в изучение изображений компонентов кинезина с еще большим разрешением, полученных с помощью кристаллографии. Это позволило им создать структурную модель движения кинезина на атомном уровне.

 

«В целом эта работа дает детальное объяснение на молекулярном уровне энергического изменения прикрепленного к микротрубочке кинезина», - говорит Даунинг. «Другими словами, мы смогли увидеть, как работает эта молекула в реальной жизни. Вы увидели кинезин в различных фазах и узнали, что заставляет молекулу переходить от одной конформации к другой».

 

В дополнении к изучению ключевых биологических процессов группа Даунинга и Синделара может внести вклад в разработку лекарственных препаратов. Одна из главных функций кинезина – расхождение хромосом во время клеточного деления. Все, что мешает этому процессу, приводит к смерти клетки. На этом принципе разработано несколько противораковых препаратов, например Таксол.

 

«Новое понимание того, как функционирует кинезин, может позволить ученым разработать препараты, специфически блокирующие определенные фазы движения кинезина», - говорит Даунинг.

 

 

По материалам DOE/Lawrence Berkeley National Laboratory.

 

 

Оригинал статьи

 

Life's Smallest Motor, Cargo Carrier of the Cells, Moves Like a Seesaw

 

 

 


В избранное