ВЫПУСК 83

Токсичность антибактериальных наночастиц серебра может быть снижена

Химики Университета Хельсинки (University of Helsinki) создали новые наночастицы серебра, стабилизированные полимером. Результат их работы очень важен, так как благодаря своим антибактериальным свойствам наночастицы этого металла используются в текстиле, напольных покрытиях, красках, несмотря на то, что последствия их воздействия на здоровье не полностью изучены. Финские исследователи считают, что их отрицательное влияние может быть снижено благодаря химической связи наночастиц с полимером.

Результаты исследования скоро будут опубликованы в журнале Colloid and Polymer Science.

Наночастицы – тема для обсуждений, как в научных кругах, так и в среде обывателей. Антибактериальные свойства серебра, с другой стороны, были известно уже давно и используются во многих областях. Супермаркеты продают множество продуктов с добавлением серебра или его наночастиц. К ним относятся антибактериальные ткани, посуда, занавески для душа, столешницы, напольные покрытия, краски и клеи. Широко доступны коллоидные растворы серебра для внутреннего применения, а также кремы и деодоранты и даже перевязочный материал, содержащие серебро, для наружного применения.

Регистрация в США нового инсектицидного средства, содержащего наночастицы серебра, всколыхнула споры об их безопасности. Вопрос можно считать вполне обоснованным, так как выводы о токсичности наночастиц могут быть сделаны даже на базе более ранней информации о токсичности, как металлического серебра, так и его ионов.

Метод, разработанный в Университете Хельсинки, может стать решением проблемы снижения токсичности серебра. Наночастицы производятся различными методами, основанными на разложении солей металла, в данном случае нитрата серебра, в присутствии стабилизирующего компонента. Стабилизированные полимером наночастицы успешно получены в Лаборатории полимерной химии (Laboratory of Polymer Chemistry) Университета Хельсинки. В работе оказались бесценными опыт ученых лаборатории, полученный при разработке наночастиц золота, и квалификация исследователей из Школы Науки и Технологии Университета Аалто (School of Science and Technology of the Aalto University) и их европейских партнеров.

При создании наночастиц хельсинкские ученые стабилизирующим компонентом сделали полимер, содержащий тиольную группу. Известно, что тиольные группы эффективно взаимодействуют с серебром, что приводит к стабилизации коллоида серебряных наночастиц и связыванию их с полимером. Сам полимер – это мягкий, резиноподобный акрилат, содержащий растворимый в воде блок, позволяющий ионам серебра высвобождаться из гидрофобного покрытия. Идея состоит в том, чтобы покрытия или их компоненты создавать именно из таких наночастиц.

На сегодня выдвинуты различные гипотезы механизмов токсичности серебра для микроорганизмов. Продемонстрировано, что ионы серебра реагируют с тиольными группами внутриклеточных белков. Есть подтверждения тому, что ионы серебра повреждают ДНК, ингибируя ее репликацию. Свойство серебра образовывать крайне малорастворимые соли также рассматривается как один из механизмов воздействия на клетку. Образование внутриклеточными ионами хлора нерастворимой соли - хлорида серебра - в цитоплазме клеток подавляет процессы клеточного дыхания. Хорошо известна антибактериальная активность и наночастиц серебра, особенно по отношению к грамотрицательным бактериям, таким как Е. coli. Их эффективность определяется образованием ионов серебра и их проникновением в клетку микроорганизма.

В целом серебро, его ионы и наночастицы считались вполне безвредными для людей. Однако последнее исследование показало, что наночастицы проникают и в клетки млекопитающих и повреждают геном. Есть даже основания полагать, что они могут активно проникать в клетки с помощью эндоцитоза. Внутри клетки наночастицы окисляются перекисью водорода, образующейся там в процессе клеточного дыхания, что приводит к образованию ионов серебра, увеличивая их токсичность. Таким образом, вполне обоснованным является вывод о том, что наночастицы оказывают цитотоксичный и генотоксичный эффекты. Более того, доказано, что они могут проникать в кожу через кожные поры и железы. Повреждения кожи облегчают их проникновение.

Очень важно, поэтому, чтобы покрытия, содержащие наночастицы, не выделяли их. По мнению финских ученых, эффект покрытия должен основываться на выделении ионов серебра. Следовательно, наночастицы должны быть связаны с покрытием настолько прочно, насколько это возможно, что сможет уменьшить возможные отрицательные последствия их применения.

По материалам University of Helsinki.

Оригинал статьи

Toxicity of Antimicrobial Silver in Products Can Be Reduced

Быстрое и недорогое секвенирование ДНК становится реальностью

По мере того как такие проекты, как Атлас генома рака, накапливают все большие объемы информации о генетической структуре различных форм рака, становится все более ясным, что такая информация имеет огромный потенциал для определения того, какой противораковой препарат должен быть использован для лечения конкретного пациента. Однако реализация этого потенциала потребует не только раскрытия связей между генетическими изменениями в конкретной опухоли и ответом опухоли на конкретное терапевтическое средство, то и технологических разработок для создания методов быстрого определения специфических мутаций, что будет иметь экономическое значения для каждого больного.

Возможно, технологический прорыв для решения данной проблемы уже совершен благодаря последней работе Амита Меллера (Amit Meller) и его коллег из Бостонского университета (Boston University). Сообщая о своей работе в журнале Nano Letters, ученые описывают использование электрически заряженных нанопор для определения специфических генетических последовательностей посредством прохождения отдельных молекул ДНК через такие поры. Если дальнейшие исследования окажутся удачными, такой подход может внедрить в практику новый метод определения мутаций, не требующий трудоемкого и дорогого процесса амплификации ДНК.

Исследователи создали свой прибор для определения последовательностей ДНК с помощью сфокусированного электронного пучка, бурящего в мембране из нитрида кремния отверстия диаметром 4-5 нанометров. Мембрана помещается между двумя маленькими жидкостными камерами, а два электрода (серебро/хлорид серебра) создают электрический ток. Созданный ток заставляет отдельные молекулы ДНК продвигаться через поры, раскручиваясь по мере прохождения.

Для выявления известных генетических последовательностей ученые сначала обрабатывают образец ДНК определенными последовательностями аналогов ДНК, известными как пептидно-нуклеиновые кислоты (ПНК), связывающимися с соответствующими комплиментарными последовательностями интересующих их ДНК. Когда ДНК-ПНК последовательность проходит через пору, происходит заметное изменение электрического тока, текущего между двумя электродами. Изменение тока легко отличить от варианта с неизмененными двухцепочечными ДНК, то есть ДНК, не связанными с ПНК. Прибор способен провести анализ одной молекулы ДНК в секунду.

По материалам National Cancer Institute.

Оригинал статьи

Rapid, Inexpensive DNA Sequencing Moves Closer to Reality

Резюме статьи "Nanopore Based Sequence Specific Detection of Duplex DNA for Genomic Profiling" можно прочитать на journal's Web site.

Откуда мы?

Развитие жизни на Земле началось с РНК?

Чрезвычайно маленькие молекулы РНК, созданные группой ученых из Университета Колорадо в Боулдере (University of Colorado at Boulder), могут катализировать ключевые реакции, необходимые для синтеза белков, строительных блоков жизни. Как утверждает руководитель исследования, разработка может стать значительным шагом к пониманию происхождения жизни на Земле.

Мельчайшая из известных молекул РНК-ферментов, катализирующая клеточные химические реакции, описана в статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences. Статья написана аспирантом Ребеккой Турк (Rebecca Turk), научным сотрудником Наталией Чумаченко (Nataliya Chumachenko) и профессором кафедры молекулярной, клеточной и эволюционной биологии Майклом Ярусом (Michael Yarus).

Клеточная РНК может иметь сотни тысяч основных структурных единиц – нуклеотидов. Группа Яруса сфокусировалась на рибозиме – форме РНК, катализирующей химические реакции – всего лишь из пяти нуклеотидов.

Профессор и декан кафедры молекулярной, клеточной и эволюционной биологии Том Блюменталь (Tom Blumenthal) подчеркивает, что лауреат Нобелевской премии и почетный профессор химии и биохимии Университета Колорадо Том Чех (Tom Cech) и профессор кафедры молекулярной, клеточной и эволюционной биологии Норман Пейс (Norman Pace) открыли, что РНК может функционировать как фермент, осуществляющий химические реакции, независимо друг от друга. Эта новаторская работа была продолжена Майклом Ярусом.

Так как белки очень сложные соединения, встает дискутабельный вопрос о том, как образовались первые белковые молекулы. «Сегодня предполагается, что первыми каталитическими макромолекулами должны были быть молекулы РНК. Так как РНК немного проще, вполне вероятно, что они существовали на более ранних этапах формирования первых форм жизни и были способны катализировать химические реакции в условиях отсутствия белков», - говорит Блюменталь.

«В этой статье группа Яруса сделала удивительное открытие о том, что даже чрезвычайно маленькие РНК могут катализировать ключевые реакции, необходимые для синтеза белков», - говорит Блюменталь. «Никто не ожидал, что молекулы РНК, маленькие и простые, способны делать такие сложные вещи».

Новое открытие вносит вклад в теорию «РНК-мира», гипотезу, предполагающую, что жизнь на Земле развилась из ранних форм РНК. «Майк Ярус – один из самых ярых сторонников этой идеи, и его лаборатория представила некоторые из самых сильных доказательств этой гипотезы за последние два десятилетия», - считает Блюменталь.

Ярус отмечает, что гипотеза о «РНК-мире» осложнена тем фактом, что образование молекулы РНК является довольно сложным процессом. «Однако эта работа показывает, что РНК-ферменты могли быть намного меньше и поэтому образовывались в примитивных условиях гораздо быстрее, чем ожидалось».

Если простые молекулы РНК, такие как созданные в лаборатории Яруса, смогли ускорить химические реакции в первичном бульоне Земли, возрастают шансы на то, что РНК могли направлять и ускорять биохимические реакции и в примитивных пребиотических условиях.

Многие биологи считают, что до появления РНК существовал простой мир химических репликаторов, которые могли копировать только самих себя, используя существовавшие тогда в окружающей среде химические вещества.

«Если существовал вид миникатализатора, подобный описанному нами, мир репликаторов мог бы сделать большой скачок вперед, и мы действительно могли бы почувствовать, что приближаемся к первым существам на Земле, прошедшим затем Дарвиновскую эволюцию»,- говорит Ярус.

«Другими словами, мы, возможно, сделали значительный шаг на пути к пониманию истоков жизни на Земле», - говорит он. «Однако, нужно помнить, что мельчайший репликатор не был найден, и само его существование может быть доказано только экспериментами, которые еще не проведены и, возможно, даже не задуманы».

«Доктор Ярус привнес новаторский подход в разрешение ключевого вопроса о происхождении сложных процессов», - говорит Майкл Бердер (Michael Bender), контролирующий гранты Национального института здоровья (Health's National Institute). «Показав, что мельчайшие фрагменты РНК могут управлять ключевым этапом синтеза белка, его работа представила доказательства того, что фундаментальные, связанные с белками клеточные процессы, возможно, возникли благодаря связанным с РНК механизмам».

Работа Яруса поддержана грантом Национального института здоровья в $415,610.

По материалам University of Colorado at Boulder.

Оригинал статьи

Scientists Create Tiny RNA Molecule With Big Implications for Life's Origins