Межклеточные белковые соединения становятся непропорционально сильными, если в них участвует много белковых молекул.

Наши ткани и органы состоят из клеток. И если речь идёт о коже, или о печени, или о мозге, то очевидно, что их клетки соединены друг с другом довольно прочно, иначе печень, кожа и т. д. просто расползались бы и рассыпались на части. Клетки держатся вместе с помощью белков, которыми усыпана клеточная мембрана. Одни из наиболее важных таких белков – это кадгерины.

Они не просто механически удерживают клетки друг рядом с другом, они также помогают передавать сигналы, помогают клеткам сотрудничать, помогают тканям расти и развиваться. Кадгерины одной и той же клетки могут взаимодействовать между собой, влияя на то, как клетка себя чувствует и чем она занята. 

При этом кадгерины долгое время ставили исследователей в тупик, потому что связь одного кадгерина с другим довольно слаба. И даже если представить себе много связанных кадгеринов, то их общая сила взаимодействия всё равно недостаточна, чтобы держать клетки вместе. Сотрудникам Университета Колорадо в Боулдере удалось разгадать эту загадку с помощью методов, позволяющих наблюдать за отдельными молекулами.

Одним из таких методов был флуоресцентный резонансный (или фёрстеровский) перенос энергии, который позволяет оценить энергию, перешедшую от одной молекулы к другой; естественно, перенос энергии здесь зависит от расстояния между молекулами, их взаимной ориентации и ряда других факторов. Чтобы анализировать данные, которые при этом получаются, нужны специальные алгоритмы – особенно, если мы потом хотим перейти от взаимодействия двух молекул к взаимодействию множества молекул.

Как и многие другие белки, кадгерины не стоят на одном и том же месте – они плавают в клеточной мембране, образуя на ней разные узоры и собираясь группами. В стать в PNAS исследователи пишут, что кадгерины действуют подобно застёжке-«липучке». Когда много кадгеринов собираются вместе, взаимодействие между ними становится сильнее – как между теми, кто сидит на одной клетке, так и между теми, кто сидит на разных клетках. Отдельные межмолекулярные слипания не просто складываются вместе – их общая сила получается в 30 раз больше обычной суммы отдельных взаимодействий.

Поняв, как работают кадгерины и подобные им белки-скрепки, мы сможем создать новые противоопухолевые препараты: воздействуя на межклеточные связи, можно запретить опухоли метастазировать, или же замедлить её рост, не давая прорасти в неё кровеносным сосудам, без которых раковые клетки начнут голодать.

Новый полимер работает как рентгеновские лучи

Ученые разработали полимер, который может обнаруживать наноразмерные частицы под поверхностью человеческой ткани.

Новые исследования показали, что флуоресцентные зонды — светоизлучающие материалы, которые прикрепляются к крошечным мишеням, таким как клетки, позволяют изучать биологические процессы в динамике. 

Этот тип флуоресцентного света проникает глубже в биологические объекты, и, что важно, он не поглощается и не рассеивается. Так можно получить изображения с высоким разрешением тех структур, которые расположены глубоко внутри тела, например, в мозге. 

Сатоши Хабучи и его коллеги работают над улучшением флуоресцентной визуализации, они расширяют тип зондов, способных производить SWIR-излучение. В настоящее время большинство вихревых излучателей — это либо полупроводниковые квантовые точки, либо легированные редкоземельными наночастицами: они непригодны для массового использования из-за их токсичности для организма.

С другой стороны, биосовместимые материалы, такие как органические красители, обычно недостаточно интенсивны, чтобы их можно было использовать для изучения тканей. 

Чтобы решить эту проблему, исследователи использовали полимеры, имеющие донорно–акцепторные структуры: в них богатые электронами компоненты чередуются со скудными частями. Все они расположены вдоль проводящей молекулярной цепи.

Такое распределение способствует переносу заряда вдоль полимерной основы, что является очень эффективным способом получения вихревого света, объясняет Хьюберт Пивонски, ведущий автор исследования.

Новые полимеры могут передавать изображения без помех. Благодаря этому новый алгоритм работы можно использовать для наблюдения за процессами в органах и тканях. 

Химики создали самую тонкую в мире ткань

Творение учёных из Манчестерского университета попало в Книгу рекордов Гиннесса как самая тонкая ткань в мире. В качестве нитей в ней используются отдельные молекулы, а толщина ткани составляет всего несколько нанометров.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature.

Ткани, как известно, состоят из переплетённых нитей. В самых тонких из повседневных тканей эти нити могут иметь диаметр всего в несколько микрометров (тысячных долей миллиметра). Теперь химики сделали рывок, уменьшив толщину нити до диаметра одной молекулы.

Для этого они создали полимер с длинными нитевидными молекулами, состоящими из атомов углерода, водорода, кислорода, азота и серы. Удерживают два слоя этих нитей переплетёнными перпендикулярно друг другу атомы металла и отрицательно заряженные ионы.

Получается ткань толщиной всего четыре нанометра (миллионных долей миллиметра) с плотностью в 15–25 миллионов (!) нитей на сантиметр.

Правда, пока синтезированные фрагменты этой ткани имеют длину лишь в несколько миллиметров. Но тут стоит вспомнить, что первые полученные образцы графена были ещё меньше. А сегодня этот двумерный материал стал основой перспективных технологий во множестве областей, от микроэлектроники до космонавтики.

Новая ткань уже заинтересовала учёных своими свойствами. Прежде всего, она вдвое прочнее, чем исходные полимерные нити. А если уж она рвётся, то материал разрывается по линиям, параллельным ходу нитей, как и обычная ткань.

Наконец, новинку можно использовать как сито, в буквальном смысле процеживая сквозь неё молекулы. Экспериментаторы продемонстрировали, что достаточно крупные молекулы задерживаются слоем ткани, в то время как мелкие проходят через него беспрепятственно. Так что новый материал может стать основой фильтров для невероятно тонкой очистки воды или других субстанций.

Кроме того, созданная авторами технология "молекулярного ткачества" может привести к созданию целого класса новых материалов с различными полезными свойствами.

Диета из нановолокон позволила шелкопрядам создавать намного более прочный шелк

 

С помощью целлюлозных нановолокон ученым удалось сделать шелк намного прочнее

В дикой природе тутовые шелкопряды питаются листьями тутового дерева. Питательные вещества из этих листьев всасываются из пищеварительной системы в кровоток и попадают в модифицированные слюнные железы, благодаря которым черви и создают свои коконы из шелка. Исследователи из японского Университета Тохоку заменили листья шелковицы специальным кормом для шелкопряда, в который они добавили нановолокна целлюлозы (CNF).

Эти крошечные волокна производятся из целлюлозосодержащих природных материалов, таких как древесные отходы. При правильной подготовке полученные CNF могут быть включены в строительные материалы, и это неплохая арматура – они в пять раз легче стали, но при этом в пять раз прочнее ее. Однако главная проблема заключается в том, чтобы заставить эти нановолокна выровняться в правильной конфигурации. 

После приема дополненного корма тутовые шелкопряды рассредоточили CNF в своей слюне, производя шелковые нити. Важно отметить, что все нановолокна были ориентированы в направлении потока слюны, что оказалось идеальным фактором для укрепления шелка. Фактически, когда усиленные шелковые нити прошли ряд тестов, они оказались вдвое прочнее, чем нити, произведенные червями на «обычной» диете. 

Следует отметить, что несколько лет назад китайские ученые аналогичным образом смогли укрепить шелк, добавив в рацион шелкопряда графен и углеродные нанотрубки.

Химики разработали уникальный метод получения полых наночастиц из жидкого металла

Химикам из ИТМО удалось создать полые наночастицы из жидких металлов. Новый метод не только упростит производство этих частиц, но также позволит изменить свойства металлических нанокапсул. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemistry of Materials.

Ученые из университета ИТМО предложили альтернативный метод производства металлических нанокапсул из переходных металлов, основанный на реакции гальванического замещения. Эти полые нанокапсулы широко используются для различных целей: от адресной доставки лекарств до индукции катализа в нефтехимии.

Обычные методы получения полых наночастиц сложны и дороги: исследователи чаще всего используют драгоценные металлы — платину, серебро или золото. Исследователям ИТМО удалось использовать для этой же цели жидкий металл, а именно галлий и его сплав с индием. Новый метод российских ученых значительно упростит и удешевит производство полых нанокапсул из неблагородных металлов. Капля металла, нагретая до 30°C и подвергнутая воздействию ультразвука, образует микро- и нанокапли. Затем эти микро- и нанокапли подвергаются реакции гальванического вытеснения (замещения), в результате чего образуются полые металлические частицы.

Еще одно преимущество жидких металлов в том, что они относительно неактивны. По этой причине аналогичные процедуры потенциально могут быть выполнены с более чем 20 другими металлами, которые обладают более высоким восстановительным потенциалом, чем галлий и индий в ряду электрохимической активности.

Ученые представили концепт нового экологического фунгицида

Исследователи из США представили новое противогрибковое средство, которое не приводит к появлению устойчивых патогенов. При этом вещество не оставляет в почве токсичные отходы.

Результаты нового исследования ученых из Университета Калифорнии свидетельствуют о том, что ученые сделали важный шаг в создании более экологически чистых фунгицидов, защищающих продовольственные культуры. Исследователи знали, что клетки производят крошечные структуры — внеклеточные везикулы. Но их ключевая роль в коммуникации между вторгающимися микроорганизмами и их хозяевами была открыта лишь недавно.

Генетик Хэйлинг Джин и ее команда обнаружили, что растения используют эти везикулы для запуска молекул РНК на грибы, подавляя гены, которые делают их опасными.

«Эти везикулы переносят между клетками маленькие РНК, как крошечные троянские кони с оружием, спрятанным внутри. Они могут заглушить экспрессию патогенных грибковых генов», — отметили исследователи. 

Использование внеклеточных везикул и малых РНК имеет несколько преимуществ перед обычными фунгицидами. Они более экологичны, потому что похожи на натуральные продукты. При этом они разлагаются и не оставляют токсичных остатков в почве. Кроме того, пояснили ученые, этот метод борьбы с грибками не порождает лекарственно-устойчивые патогенные микроорганизмы.

При создании этих фунгицидов ученым было трудно понять, как загрузить в везикулы небольшие РНК. Лаборатория определила несколько белков, которые служат связующим веществом, помогая отбирать и загружать маленькие РНК в пузырьки.

Диета из красных водорослей может спасти планету от парниковых газов

Не вулканические извержения с выбросом миллионов тонн вещества в воздух, не работа сотен миллионов автомобилей с ДВС и не лесные пожары создают основной объем парниковых газов. Главный источник CO2 и парникового метана – это домашний скот. Так сложилось в ходе эволюции, что возможность питаться низкокалорийной травой достигается за счет работы множества микробов в многокамерных желудках крупных травоядных животных. А продукт жизнедеятельности этих микробов – тот самый метан.

По некоторым прогрессивным оценкам кишечные газы и отрыжка коров и овец генерируют около 50 % всех выбросов в атмосферу, и с этим нужно что-то делать. Вывести новые ГМО-породы, которые смогут питаться пластиком или опилками, не выделяя при этом метан, мировая наука не в силах. Зато свое решение предложила молодой химик Алексия Акбай из компании Symbrosia.

Еще в начале века канадский фермер Джо Дорган организовал сбор водорослей для последующего добавления в рацион своего скота. Он заметил, что от подобной еды они выглядят здоровее, а в сараях гораздо меньше пахнет. Акбай провела исследования и нашла оптимальную разновидность – красные водоросли Asparagopsis Taxiformis. Достаточно добавлять всего 2 % этих высушенных водорослей в корм овцам, чтобы снизить количество метана в их отрыжке на 65-70 %.

Эти данные получены в ходе практических экспериментов на нескольких фермах. Принцип действия водорослей основан на создании своего рода барьеров внутри желудка, которые не позволяют водороду и CO2 вступать в связь, в результате которой образуется метан СН4. При больших концентрациях относительно тяжелого метана он выводится из организма овцы через кишечные газы. Но если в желудке останется преимущественно легкий водород, от него легко избавиться при помощи естественной