Биопленка мертвых бактерий производит электричество из пота
Наклеиваемая микробная «батарейка» использует испарение влаги с кожи для получения электричества и питания носимых устройств.

https://naked-science.ru/wp-content/...8/battery0.jpgЭлектропроводящие белки бактерий G. sulfurreducens: взгляд художника / ©Nikhil Malvanrar, Yale University

Биологи из Массачусетского университета в Амхерсте (США) представили технологию получения стойких биопленок на основе бактерий Geobacter sulfurreducens. Эти необычные микробы вырабатывают и проводят электричество, и ученые пробуют задействовать их способности для создания новых устройств — таких как необычный «полуживой компьютер» из металлических электродов и бактериальных белков. Теперь G. sulfurreducens стали основой необычных и перспективных источников питания. Об этом рассказывается в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
Подобные идеи звучали и ранее, однако проблемой оставалось питание бактериальных клеток-«электрогенераторов». Поэтому Дэрек Лавли (Derek Lovley) и его коллеги пошли другим путем. Они воспользовались способностьюG. sulfurreducens формировать биопленки — стойкие плотные конгломераты, прикрепляющиеся к поверхности субстрата. Клетки в них соединены друг с другом, образуя структуры, способные проводить электричество.
https://naked-science.ru/wp-content/...1-1024x403.jpgСхема нового устройства / © Liu et al., 2022

Вырастив такие биопленки, ученые обработали их лазером, «выгравировав» электрический контур, затем поместили между парой тонких и плоских металлических электродов и, наконец, запаяли в оболочку из мягкого и клейкого полимера. Клетки внутри погибали, однако на работе электрической схемы это не сказывалось. Такое устройство достаточно наложить на кожу, и оно будет производить электричество, используя энергию пота, который непрерывно испаряется с ее поверхности.
https://naked-science.ru/wp-content/...8/battery2.jpg
Батарейки в чашке Петри и на теле одного из экспериментаторов / ©Liu et al., 2022

По оценкам разработчиков, биопленка толщиной всего 40 микрометров позволяет получить батарею с плотностью энергии около одного микроватта на квадратный сантиметр, что превосходит показатели традиционных источников аналогичной геометрии. В экспериментах in vitro ученые соединили несколько этих устройств в цепь и успешно запитали небольшие электронные гаджеты. Теперь они планируют масштабировать систему, чтобы научиться получать более мощные генераторы, способные питать более сложные устройства, используя «энергию пота».

Впрочем, такой вариант — далеко не единственная возможность применять биопленки «электрических» микробов. Испарение происходит повсюду, и около половины всей солнечной энергии, поступающей на Землю, уходит на испарение влаги. «Это огромный и совершенно неосвоенный источник энергии», — отметил профессор Юнь Яо (Jun Yao), один из авторов новой работы.

Источник https://naked-science.ru/article/bi...yh-bakterij-proizvodit-elektrichestvo-iz-pota

Кукурузные початки и кожура томатов помогли извлечь из отходов редкоземельные элементы

Группа учёных из Университета штата Пенсильвания предложила эффективный способ извлечения редкоземельных элементов из электронного мусора. Сегодня это популярное направление для исследований, но химики из Пенсильвании смогли удивить. Для связывания микрочастиц неодима в растворах учёные использовали микрочастицы из переработанных початков кукурузы, кожуры томатов, отходов хлопка и остатков древесины.

«Такие отходы, как кукурузные початки, древесная масса, хлопок и томатная кожура, часто оказываются на свалках или в компосте, — говорит автор статьи в журнале Chemical Engineering Journal Амир Шейхи (Amir Sheikhi), доцент кафедры химической инженерии. — Мы хотели превратить эти отходы в микро- или наноразмерные частицы, способные извлекать редкоземельные элементы из электронных отходов».
При подготовки эксперимента группа Шейхи измельчила томатную кожуру и кукурузные початки, нарезала древесную массу и хлопковую бумагу на маленькие тонкие кусочки и замочила их в воде. В ходе дальнейшей химической реакции все материалы распались на три различные фракции: микропродукты, наночастицы и солюбилизированные биополимеры. Выяснилось, что добавление микропродуктов или наночастиц в растворы с частицами неодима запускало процесс разделения. Иначе говоря, частицы этого редкоземельного элемента захватывались и могли быть легко отделены от жидкости.

Захват работает благодаря электростатическому взаимодействию отрицательно заряженных микро- и наноматериалов из биологических отходов, которые связываются с положительно заряженными ионами неодима. Учёные уверены, что таким образом можно отделять из растворов другие редкоземельные элементы и драгоценные металлы, например, золото и серебро при переработке печатных плат и других электронных компонентов. Теперь учёные готовятся испытать технологию на промышленном предприятии по переработке отходов.

Источник: https://3dnews.ru/1072565/kukuruzni...gli-izvlech-iz-othodov-redkozemelnie-elementi

Ученые описали возможные механизмы влияния ЛСД на память и обучение

https://nplus1.ru/images/2022/08/17/...e507599f59.jpg

Ornelas et al. / Experimental Neurology, 2022
Исследователи из Бразилии, Великобритании и Испании описали свойства ЛСД, связанные с повышением пластичности мозга, и показали связь с улучшением памяти и обучения. Результаты экспериментов на выборке мышей и людей опубликованы в Experimental Neurology.
В последние десятилетия исследователи активно изучают терапевтические свойства психоактивных веществ, включая диэтиламид d-лизергиновой кислоты (ЛСД) — полусинтетического вещества на основе лизергиновой кислоты, получаемой из спорыньи. Небольшая доза ЛСД, агониста серотониновых рецепторов, способна облегчить боль, не вызывая сильного психоделического эффекта, а также снизить уровень страха.
Недавние исследования показывают, что терапевтический эффект ЛСД может быть связан с улучшением нейрогенеза, а также нейропластичности — способности нервной системы реагировать на внутренние или внешние стимулы, изменяя свою структуру, функции и связи. Однако эксперименты на мышах и людях показывают противоречивые результаты влияния приема ЛСД на когнитивные способности.
Команда исследователей из Бразилии, Великобритании и Испании при участии Исис Орнелас (Isis M. Ornelas) из Института исследований и образования (IDOR) решила проверить, связана ли способность психоделиков улучшать память и обучение с процессами нейропластичности. Для первого этапа они использовали индуцированные стволовые клетки для создания органоидов мозга, которые бы повторяли организацию мозга человеческих эмбрионов. Клетки культивировали в течение 45 дней, а затем внутри каждой партии разделили органоиды на контрольную и экспериментальную группу и поместили в соответствующий раствор (ЛСД или обычная питательная среда).
Из 3448 выявленных белков экспрессия 6,8 процента из них в среде с ЛСД была изменена (p < 0,05). Далее авторы воспользовались программой Metascape, чтобы узнать, с какими биологическими путями могут быть связаны изменения. Среди них были выявлены репликация ДНК, аксональный поиск пути, синаптический везикулярный цикл, длительная депрессия (синапса, LTD) и цикл высвобождения нейротрансмиттера дофамина, которые регулируются общими белками. Некоторые из этих процессов связаны с механизмами нейропластичности.
На втором этапе исследователи вводили мышам дозу ЛСД или соляного раствора 0,065, 0,13 или 0,39 миллиграмма на килограмм с помощью одной или трех внутрибрюшинных инъекций. Через три или девять дней, в зависимости от группы, исследователи проводили эксперимент по предпочтению нового объекта. Сначала мышей запускали на экспериментальную площадку, где находилось два одинаковых объекта, с которыми мышам давали ознакомиться в течение семи минут. Через полчаса мышей на три минуты запускали на площадку, где один из объектов был заменен на новый. Предпочтение мышами нового объекта было показателем того, что они запомнили старый.
Для анализа авторы рассчитывали индекс дискриминации, для которого использовали время изучения объектов в первом и втором этапе эксперимента. Оказалось, что мыши, которым делали инъекции ЛСД, уделяли больше времени исследованию нового объекта вне зависимости от дозы. Больше всего эффект был выражен при средней дозе в 0,13 миллиграмма на килограмм.
Для изучения эффекта ЛСД на людях авторы пригласили 25 испытуемых старше 21 года, у которых уже был опыт приема этого вещества. На первой сессии участники приняли 50 микрограмм ЛСД, а затем через две недели во второй сессии — плацебо.
Для оценки эффективности работы памяти участникам предложили выполнить две задачи на зрительно-пространственную память: задачу на локализацию двумерного объекта и тест сложных фигур. Процедура проведения задач в первую и вторую сессию не различалась, менялся только стимульный материал (изображения животных и фигуры).

https://nplus1.ru/images/2022/08/19/...a8b1edab1c.jpg

Схема проведения двух задач с людьми
Ornelas et al. / Experimental Neurology, 2022

В первом задании за час до приема дозы ЛСД участникам показали 15 пар карт с изображением животных: сначала первую карту на одну секунду и затем вторую на три секунды. Далее исследователи показывали первую карту пары и просили участников открыть вторую карту пары из разложенных на доске перевернутых карт. После каждого ответа испытуемого экспериментатор показывал верное местонахождение карты. Процедура продолжалась пока участник не даст 60 процентов верных ответов для всего набора карт. Через 24 часа процедура повторялась, но теперь экспериментатор показывал первые карты из пары в другом порядке и не показывал верные ответы.
Вторую задачу участникам давали на утро после приема дозы ЛСД или плацебо. Экспериментатор давал инструкцию перерисовать сложную фигуру, состоящую из множества черных линий, которую он показывал участникам. Затем он убирал все листы и просил испытуемых по памяти нарисовать ту же фигуру. Через 20-30 минут он снова просил их нарисовать фигуру, но заранее об этом не предупреждал. Для анализа рассчитывали балл по 18 частям фигуры, учитывая правильность их отрисовки и местоположения — от 0 до 36 баллов.
Прием ЛСД улучшил показатели прохождения участниками обоих задач: процент верных ответов в задаче с карточками был значительно выше (p = 0,022), а в задаче со сложной фигурой оказался выше балл при проверке сразу после изучения фигуры (p = 0,044), но не через полчаса.
Таким образом, авторы показали, что прием ЛСД влияет на пластичность мозга, при этом некоторые из процессов, такие как репликация ДНК и аксональное наведение, связаны с ранними этапами нейропластичности. Они также выяснили, что ЛСД усилил желание изучать новый объект у мышей, а у людей оказал положительное влияние на память, улучшив процессы консолидации, кодирования и воспроизведения.

Источник https://nplus1.ru/news/2022/08/20/lsd-memory

Seagate начнут работать с технологиями записи данных в ДНК

В компании Seagate увидели перспективу в записи данных в ДНК. Ожидается, что запись информации в комбинации молекул аминокислот в миллион раз увеличит плотность хранения данных. Может пройти не так уж много времени, и вместо жёстких дисков или SSD в компьютерах появятся «биологические» накопители невообразимой ёмкости.
Разработкой систем записи данных на ДНК компания Seagate будет заниматься с разработчиком оригинальной технологии — с компанией Catalog Technologies. Последняя предлагает записывать данные в синтетически созданных ДНК, а не в «живых» последовательностях. И в этом есть смысл, ведь для кодирования данных таким способом можно использовать не четыре аминокислоты биологического происхождения, а намного больше химических соединений, что сразу умножает плотность записи.
По словам разработчиков, синтетические ДНК могут хранить свыше 200 Пбайт в одном грамме. Это в миллион раз больше, чем позволяют современные SSD. Также намного дольше срок «биологической» сохранности данных — до 1000 лет и больше. Пока остаются трудности с записью информации в ДНК. Установка Catalog Shannon, к примеру, имеет размеры «кухни средней семьи». Впрочем, мы это уже проходили с ЭВМ размером с комнату и жёсткими дисками размером со шкаф. Рано или поздно компания Catalog или её конкуренты создадут «лабораторию на чипе» для работы с ДНК на уровне микрочипов.

Интересно добавить, что Catalog Technologies смотрит шире простой записи данных. Компания также разрабатывает технологии вычислений с помощью ДНК. Это не новое видение. Учёные давно экспериментируют с ДНК в качестве основы для выполнения запрограммированных алгоритмов. Раз уж аминокислоты могут собираться по заданной природой или учёными программе, то почему бы им не собираться для получения некоего результата вычислений?
Компания Seagate как специалист по наращиванию плотности записи сможет применить свои знания для исследований в микромире ДНК. В конечном итоге для Seagate важно снижать стоимость хранения данных и делать такие системы проще.

Источник: https://3dnews.ru/1073836/seagate-nachinaet-rabotat-s-zapisyu-dannih-v-dnk

Ученые РАН нашли способ использовать живые клетки как флешку

https://cdn.tvspb.ru/storage/wp-cont..._1200_0x0.webp

Фото: телеканал «Санкт-Петербург»
Ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН нашли способ использовать живые клетки для хранения данных.
Способность запоминать информацию была обнаружена у бактериородопсинов — светочувствительных белков. Они взаимодействуют с частицами света и могут преобразовывать их в энергию. Об этом специалисты рассказали в интервью ТАСС.
Научный сотрудник Российской Академии наук Анна Дружкова полагает, что особый белок можно использовать, чтобы создать устройства для записи, обработки и хранения оптической информации.
Светочувствительные белки являются высокостойкими клетками. Также они способны к многократной работе – что делает их отличным материалом для производства носителей информации.
Ранее сообщалось, что в ИТМО будут моделировать новые лекарства и микроэлектронику.

Источник https://tvspb.ru/news/2023/12/6/uchenye-ran-nashli-sposob-ispolzovat-zhivye-kletki-kak-fleshku

Ученые ставропольского вуза разработали инновационные клеточные технологии

Ученые Северо-Кавказского федерального университета (СКФУ) разработали технологию создания биосовместимых материалов с уникальным уровнем влагоемкости, которые применимы в медицине для регенерации мягких и костных тканей. Тканевая инженерия возникла на стыке медицины и биотехнологий без трансплантации. Целью является создание живых, а не искусственных органов и тканей.

https://cdnstatic.rg.ru/crop635x424/...22skfu_0c7.jpg

Пресс-служба СКФУ

- Наши ученые создают инновационные клеточные технологии, которые сейчас очень востребованы в хирургии. Создание биосовместимых материалов для регенеративной медицины и тканевой инженерии открывает большие возможности для восстановления здоровых функций организма и ускорения выздоровления, - прокомментировал ректор вуза Дмитрий Беспалов.

Интенсивное развитие междисциплинарных научных технологий позволяет создавать биосовместимые материалы, так называемые биоматрицы, которые попадая в живой организм, помогают восстановить ткани или заменить утраченные части. Этот принципиально новый подход является достижением молекулярной и клеточной биологии и гораздо дешевле донорских вариантов, также к его достоинствам относится снижение вероятности осложнений в восстановительный период после хирургических вмешательств.

Ученые университета разработали инновационную технологию получения биосовместимых матриц с уникальным уровнем влагоемкости, превышающим показатель в сотни раз. При высоких показателях влажности усиливается скорость регенерации клеток мягких и костных тканей. Используемые для этих целей материалы должны обладать безопасностью и высоким уровнем биосовместимости ввиду того, что постоянно контактируют с живыми клетками.

Для этих задач авторы идеи предложили использовать бактериальную целлюлозу, которая по своим уникальным физико-химическим свойствам относится к частично биодеградируемым веществам и сохраняет основную структуру. Именно этот материал показал высокий уровень биосовместимости.

- Мы разработали простую и эффективную технологию получения матриц на основе бактериальной целлюлозы, модифицированной желатином. Она включает в себя все этапы, начиная с выращивания продуцента, очистки целлюлозы, ее модификации и заканчивая конструированием матриц, - рассказал доцент кафедры прикладной биотехнологии вуза Игорь Ржепаковский.

Научная группа ставропольского университета решала две задачи: наличие высокого уровня влагоемкости и пористости, поскольку именно размер пор позволяет размножаться и дифференцироваться клеткам костных и мягких тканей. Продукты гидролиза желатина стимулируют развитие кровеносных сосудов в регенератах тканей, что также приводит к ускоренному их восстановлению, пояснил Игорь Ржепаковский.

Разработанные матрицы в перспективе могут использоваться в клеточных технологиях, тканевой инженерии и хирургии. Однако до внедрения в медицинскую практику ученым предстоит провести масштабирование технологий и доклинические и клинические исследования.

Источник https://rg.ru/2023/12/05/reg-skfo/u...tali-innovacionnye-kletochnye-tehnologii.html

Учёные создали биороботов из клеток человека — они передвигаются на ресничках

Когда-нибудь для лечения человека изнутри будут применяться нанороботы. Они будут доставлять лекарства, устранять дефекты и вести разведку на месте. Сегодня в этом направлении сделан ещё один шаг. Из клеток человека учёные научились создавать «антропоботов», которые проявили себя в заживлении ран.
Исследователи из Университета Тафтса и Технологического института Нью-Джерси объединили усилия для создания микроскопических биологических роботов, которые могли бы помочь исцелить организм после травмы. Это ещё не испытания на людях, но уже кое-что. На колониях живых тканей в чашках Петри было замечено, что предложенное решение способно, как минимум, ускорять заживления порезов.
Каждый антропоробот состоит из нескольких клеток лёгких человека. Эти клетки выращиваются отдельно в особой среде и затем самособираются в комочки. Клетки лёгких обладают ресничками, которые способны на хаотические движения для выполнения ряда биологических функций. Учёным пришлось изобрести такую среду, чтобы реснички росли снаружи клеток по всей их поверхности. Когда клетки собирались в многоклеточную структуру, реснички полностью их покрывали. Такая клетка могла передвигаться в любом направлении.

Учёные выделили два типа клеток: одни были скорее сферической формы, а другие в виде эллипса. Выяснилось, что сферические сгустки преимущественно топтались на месте. Движения ресничек на шарообразной поверхности компенсировали друг друга. Эллипсовидные тела оказались способны к перемещению. Траектория движения зависела от густоты ресничек в той или иной области сгустка, но преимущественно это было движение по кругу.
В своём эксперименте учёные поместили группу изготовленных таким образом антропороботов в имитацию разреза нейронной ткани. Наблюдение показало, что вскоре в разрезе возник мостик между его краями и «рана» заросла за несколько дней. Учёные не могут объяснить механизм и биофизику явления, но считают опыт обнадёживающим и намерены его продолжить. Это примерно соответствует популярному комментарию к научным новостям на нашем сайте: «Ничего не понятно, но очень интересно». Многие удивятся, но большая наука тоже часто начинает с движения в неизвестном направлении.

Источник: https://3dnews.ru/1097687/uchyonie-...botov-s-resnichkami-narugu-oni-na-nih-begayut

Китайские учёные впервые серийно клонировали высокопродуктивных молочных коз

Исследователи Северо-западного университета сельского и лесного хозяйства провинции Шэньси впервые в Китае осуществили серийное клонирование молочных коз, сообщает агентство Синьхуа, пишет РИА Новости.

11 мая на свет появились шесть козлят, полученных методом переноса ядер соматических клеток. После нескольких дней наблюдений состояние всех животных оценивается как хорошее.

По оценке агентства, это достижение выводит Китай на передовые мировые позиции в области биоселекции молочных коз. Учёным удалось преодолеть ключевые технологические трудности, которые прежде препятствовали серийному клонированию животных этого вида.

Источник https://dzen.ru/a/aggZtlrEqxFxy1x5