[ Новые сообщения · Правила поведения · Участники · Поиск по темам · RSS лента ]
"Потому что Я Г-сподь, Б-г ваш, освящайтесь и будьте святы, ибо Я свят" (Левит 11:44)
"Ибо все народы пойдут – каждый во имя божества своего, а мы пойдем во имя Г-спода Б-га нашего во веки веков." (Миха 4:5)
Шалом! Данный форум устроен по типу бейт-мидраш. Эта модель призвана помочь тем, кто желает изучать Тору и еврейскую мудрость, а учеников отличает стремление пополнить свои знания и найти им достойное применение. Люди данной категории не озабочены собственной репутацией или мнением большинства; их цель – сблизиться со Всевышним путем исполнения Его заповедей. Посещение «Бейт-Мидраш» не должно рассматриваться как место, где один человек обнажает духовную несостоятельность другого и претендует на исключительность собственного мнения. Суть общения и обучения – укрепление в праведности, исправление своего характера и, тем самым, участие в исправлении всего Мира (тикун олям).

У нас приветствуются ноахиты (бней-Ноах); геры (прозелиты), принявшие официальный или неофициальный гиюр, или находящиеся на пути к этому; выходцы из христианства или иных религий и культов; караимы; иудействующие, а также все Б-гобоязненные, неравнодушные к Б-гу Авраама, Исаака и Иакова, к Торе и Иудейскому образу жизни. Добро пожаловать!
Книга Мириам Исраэли Страна Аслана. Еврейский секрет Нарнии. "Хроники Нарнии" сквозь призму иудейского мировоззрения


Страница 1 из 11
Бейт-мидраш / Дом учения » ПРИРОДА И ТАЙНЫ МИРОЗДАНИЯ » Тора и Наука » Применение нантехнологий показало сложность деления клетки (Митоз как чудо Божье)
Применение нантехнологий показало сложность деления клетки
ViatorОтправлено в: Среда, 30 Января 2008, 14:47 | Сообщение № 1

Участник
Группа: христиане
Сообщений: 127
C нами с 29 Января 2007
Откуда: Российская Федерация
Статус: Отсутствует
ОРИГИНАЛ НАХОДИТСЯ ЗДЕСЬ

Полчаса митоза

Галина Костина

С помощью лазерного пинцета российские ученые открыли детали одного из самых загадочных процессов жизни — деления клетки

На экране появляется нечто, похожее на большое блюдце с шевелящимися червячками. Какое-то время они беспорядочно толкутся, но вдруг как по команде начинают выстраиваться ровно посредине «блюдца». Несколько мгновений этот живой диаметр подрагивает, как вдруг невидимые ножницы разрезают его вдоль, и «червячки» синхронно разбегаются к двум «полюсам» по краям «блюдца». Примерно такую же картинку, возможно менее четкую, наблюдал более трехсот лет назад голландский галантерейщик, а по совместительству — страстный любитель шлифовки линз и основоположник микроскопии Антони ван Левенгук. Сейчас же ее показывает в компьютере профессор кафедры биофизики физфака МГУ, директор центра теоретических проблем фармакологии РАН и завлаб Гематологического научного центра РАМН Фазли Атауллаханов. Это кадры из небольшого фильма о митозе — делении клетки, — снятого с помощью светового микроскопа американскими учеными. Блюдце — клетка, а червячки — хромосомы. И эта завораживающая картина до сих пор является для ученых загадкой, несмотря на то что митоз изучают очень давно.

Современная биология многое знает о клетке, ученым известны практически все ее составляющие. Движение вглубь клетки оказывалось возможным благодаря постоянному совершенствованию техники: светового микроскопа, рентгеноструктурного анализа, электронного, а затем и атомно-силового микроскопа. Изучение клетки необходимо и для поиска наиболее эффективных путей вмешательства в клеточные процессы. Ведь любая болезнь — это сбой в работе клеток. Но полученные ранее знания не давали полного представления о механизмах процессов, происходящих в клетке. Совершенно новые возможности у исследователей появились лишь несколько лет назад, когда был создан инструмент, который называют лазерной ловушкой или лазерным пинцетом. Сейчас в мире несколько десятков научных групп с помощью этого инструмента проводят опыты по реконструкции внутриклеточных процессов. Одна из таких групп — под руководством Фазли Атауллаханова — первой выявила некоторые важнейшие детали механизма деления клетки.

Фокус с ножницами

Первым, как отмечают историки, клетку увидел Роберт Гук в 1663 году. Но его приспособление из пары линз давало 30−кратное увеличение, поэтому он мог видеть в изучаемых срезах пробки лишь нечто похожее на соты, которые он назвал клетками. Прибор Левенгука увеличивал уже в 300 раз — и голландец видел клетки крови, сперматозоиды и бактерии, названные им маленькими зверьками. Он вполне мог первым наблюдать и за тем, как делится клетка. В первой половине XIX века М. Шлейден и Т. Шванн, обобщив накопленные к тому времени знания, создали клеточную теорию, гласившую, что клетки — это структурная и функциональная основа всех живых организмов.

Чуть позже немецкий ученый Р. Вирхов сделал еще одно важное заключение: любая клетка получается из клетки в результате клеточного деления. В середине XX века Дж. Уотсон и Ф. Крик с помощью методов биохимии и рентгеноструктурного анализа открыли структуру ДНК. До этого никто не связывал хромосомы, видимые глазом в световой микроскоп, с наследственной информацией. После открытия Уотсона и Крика стало ясно: ДНК упаковывается в хромосомы и должна быть воспроизведена в точности в дочерних клетках при делении. Для этого в клетке перед делением удваиваются все ее элементы.

«Казалось бы, клетка могла бы делиться гораздо проще, чем она делится, — рассуждает Фазли Атауллаханов. — Нужно сначала все удвоить, а потом поделить. И даже если она не поровну поделит, к примеру, рибосомы (молекулярные машинки для создания белков), то у дочерних клеток будет все необходимое, чтобы доделать нужное или убрать лишнее. Если бы не хромосомы. Их поделить нужно деликатно. Представьте, что у вас в кучку свалены два собрания сочинений Льва Толстого. Вам нужно не просто разделить их количественно, когда в одну сторону могут попасть два одиннадцатых тома, а на два полноценных собрания сочинений. Точно так же в две дочерние клетки должна попасть не просто половина всех удвоенных хромосом, а два идентичных набора хромосом, только так будет корректно сохраняться наследственная информация. Именно для этого природа придумала красивейший механизм деления, который длится около получаса».

Когда клетка готовится к митозу, исчезает ядерная оболочка, и нити ДНК, находящиеся в ядре, начинают упаковываться в 46 (у человека) хромосом. Затем в клетке удваиваются все ее элементы, в том числе и хромосомы. Две идентичные хромосомы оказываются соединенными только в одном месте, при этом их «плечи» чуть расходятся. В следующей фазе происходит деление хромосом, для чего природа использует специальный инструмент — веретено деления, которое растаскивает сестринские хромосомы к разным полюсам. Далее вокруг них образуются ядерные оболочки, а материнскую клетку делит мембранная перетяжка. Так получаются две дочерние клетки — каждая со своим набором хромосом.

Митоз можно наблюдать в обычный световой микроскоп. Клетка размером в несколько десятков микрон и хромосомы в 1,5–2 микрона видны, но нельзя рассмотреть более мелкие структуры, например веретено деления. Поэтому процесс деления в микроскопе завораживает, как чудесный фокус с невидимыми ножницами. Увидеть веретено деления удалось только в шестидесятые годы — с помощью электронного микроскопа, позволяющего разглядывать объекты наноразмеров. Но если с помощью светового микроскопа наблюдать можно живую клетку, то электронная микроскопия этого не позволяла. Для изучения клетки в этом случае ее нужно заморозить, нарезать тончайшими слоями и лишь потом рассматривать. В 70–80−е годы возможности электронной микроскопии расширились. Исследователи тогда стали применять методы генной инженерии — модифицировали гены, цепляя к ним «кусочки» с флуоресцентными красками, чтобы синтезированные белки светились — один синим, другой зеленым, третий красным. По этим разноцветным картинкам можно было наблюдать их взаимное расположение и предполагать, как происходят различные внутриклеточные процессы.

Трубочки, колечки и висюльки

Как только в электронный микроскоп хорошенько рассмотрели веретено деления, бросились изучать, как же оно работает. Выяснили, что в фазе митоза два полюса деления, которые до того находились примерно в центре клетки, расходятся по ее противоположным краям, и из них начинают расти навстречу друг другу микротрубочки.

Изучение микротрубочки с помощью электронного микроскопа и рентгеноструктурного анализа показало, что растет она примерно так, как строится кирпичная труба. Кирпичики из белка под названием тубулин складываются один на другой в тринадцать стержней, которые и формируют стенки «трубы» диаметром 25 нанометров. Растущие микротрубочки натыкаются на хромосомную пару с двух сторон, но цепляются к хромосоме только та трубочка, которая попадает в определенное место. «У пары сестринских хромосом в том месте, где они связаны, ученые рассмотрели густую “шерсть” из гибких белковых комплексов, которые мы в своей лаборатории называем “висюльками”, — рассказывает Катя Грищук, член группы Атауллаханова и сотрудница лаборатории Ричарда Макинтоша в Университете Колорадо в США. — Эти белки открыли всего два года назад ученые из Калифорнии Ян Чизман и Аршад Десай. Они же показали, что этот довольно длинный белковый комплекс может цепляться за трубочку».

Микротрубочки натягивают пару хромосом и находятся в таком состоянии некоторое время, пока все хромосомные пары не будут натянуты другими попавшими куда надо трубочками. За этим следят специальные белки — они выключаются, когда последняя пара сестринских хромосом будет заякорена с двух сторон и натянута. Это сигнал к действию для невидимых ножниц — фермента, который аккуратно разрежет пару хромосом в месте их соединения. В этот момент микротрубочки начинают тянуть хромосомы к полюсам веретена. Как они это делают, удалось выяснить благодаря еще нескольким открытиям. Эксперименты показали, что напряжение в микротрубочке приводит к тому, что после разрезания пары хромосом все тринадцать стержней трубочки начинают выгибаться наружу. Кончики этих стержней отваливаются, и трубочка укорачивается. «Это, конечно, озадачивало ученых, — говорит Фазли Атауллаханов. — Нужно было найти объяснение, как при этом не теряется хромосома».

Когда ученые из Стэнфорда Д. Друбин и Дж. Барнс выделили белки, из которых в их опытах собиралось колечко на микротрубочке, исследователи митоза страшно обрадовались. Сложилась вполне логичная гипотеза: микротрубочка не просто утыкается в хромосому — на ней образуется кольцо, к кольцу цепляется «висюлька». После разрезания концы трубочки выгибаются и давят на кольцо. Оно под давлением начинает съезжать по трубочке и тащить за собой хромосому. Но это были лишь теоретические построения, проверить которые не позволяли ни микроскопы, ни биохимические методы, ни рентгеноструктурный анализ. Пока не появился лазерный пинцет.

Шарик прикинулся хромосомой

В середине восьмидесятых А. Эшкин показал, что сильно сфокусированный лазерный луч способен втягивать в себя небольшие объекты вблизи точки фокусировки. Сила его невелика — всего лишь пиконьютоны, но она способна передвигать объекты микро— и наноразмеров. Разумеется, это явление немедленно начали эксплуатировать биофизики, изучающие клеточные и молекулярные механизмы. Они сразу поняли, что с помощью этого метода можно реконструировать процессы, в которых принимают участие наноструктуры. И конечно же, процессы митоза.

В принципе построить простейшую лазерную ловушку не так уж сложно — нужно запустить лазерный луч в световой микроскоп и сфокусировать его. Но для сложных опытов нужны были и более сложные дорогостоящие установки. Такие приборы нигде не продаются, их строят под конкретные задачи.

«Мои предложения построить такую установку в России вызывали лишь недоумение и смех, — рассказывает Атауллаханов, — поэтому я лет пять назад поехал в Америку». Поехал в лабораторию Дика Макинтоша, где работала его аспирантка Катя Грищук. «У Макинтоша была простейшая лазерная ловушка. Сам он десятки лет занимался митозом, но его исследования затормозились из-за того, что эта ловушка не годилась для сложных экспериментов, — рассказывает Катя. — И тут помог Фазли и его команда. Они усовершенствовали прибор». Вместе с Макинтошем они получили грант американского Центра здоровья (финансирующего многие проекты в сфере биологии и медицины), а затем — грант американо-российского фонда CRDF. С того времени группа Атауллаханова работает в Колорадо вахтенным методом.

Теперь установка в лаборатории Макинтоша могла гордо именоваться пинцетом, потому что была способна производить ювелирные действия. Она к тому же стала не только манипулятором, но и точным измерителем действий нанообъектов. Первый же опыт, который поставили с этой установкой, оказался удачным. Эксперимент должен был ответить на вопрос — а микротрубочка ли двигает хромосому? Ведь были и другие гипотезы. Мол, двигают так называемые моторные белки, а микротрубочки служат лишь рельсами. «По иронии судьбы Макинтош тоже поначалу придерживался этой гипотезы, — говорит Фазли Атауллаханов, — но в наших совместных экспериментах убедился, что это не так. К тому же Катя попутно поставила эксперимент с дрожжевой клеткой, из которой были изъяты все моторные белки, и клетка делилась без них». Ученые вырастили в специальных условиях микротрубочку. Ее конец зафиксировали, сделав своеобразную «крышку», чтобы трубочка самопроизвольно не разгибалась. К трубочке «пришили» маленький шарик (аналог хромосомы). Лазерный пинцет срезал «крышку», и микротрубочка начинала разгибаться и дергать шарик.

Следующая серия экспериментов была посвящена более сложному вопросу: может ли трубочка не просто дергать, а тащить за собой объект? Теперь в опыте участвует трубочка с кольцом и пришитым к нему шариком (лазерный пинцет манипулирует именно им). Белки для кольца прислал выделивший их Друбин, в лаборатории которого такой экспериментальной техникой не владели. «Друбин у себя в лаборатории показывал в опыте, что из белков собирается кольцо. В живой клетке таких колец еще никто не видел, — рассказывает Фазли. — Мы тоже дали кольцу собраться из белков, пришили к нему шарик и посадили кольцо на трубочку. Опять срезали крышку, стержни кольца стали разгибаться, давить на него, и кольцо поехало вниз вместе с шариком. Причем сила давления всех стержней на кольцо была уже в пять раз большей, чем в эксперименте просто с трубочкой и шариком, где на шарик действовали один-два стержня».

Чтобы полностью смоделировать реальный процесс митоза, нужно было к шарику прицепить «висюльку», «висюльку» — к кольцу, а кольцо посадить на трубочку. Тут-то Чизман и подкинул в лабораторию Макинтоша белки-«висюльки». И сейчас группа Фазли Атауллаханова и сотрудники лаборатории Макинтоша ставят новые эксперименты. Они хотят увидеть, как будет работать эта конструкция. Еще один вариант эксперимента — сможет ли работать конструкция без кольца, если зацепить «висюльку» с шариком прямо на трубочку. Есть и такая гипотеза. Работа пока не закончена.

России нужен свой пинцет

Наши ученые очень рады, что они первыми в мире поставили такие опыты. «Это огромный прогресс» — говорит Катя Грищук. Но ее восторг, вероятно, могут понять лишь ученые. Нам-то, казалось бы, что с того. Катя терпеливо объясняет: «Мы — представители фундаментальной науки и находимся на переднем фронте исследований. Наша задача понять принципы, что значит работать правильно или неправильно. И не сразу ученый может сказать, как это поможет народному хозяйству. Этого сразу не смогли сделать даже первооткрыватели электричества. Но я точно знаю, что открытие принципов работы клетки пусть не сразу но начнет работать. В первую очередь на медицину — на диагностику и лечение».

Фундаментальные знания о механизмах митоза уже, по словам Атауллаханова, предлагают путь конструирования новых противораковых препаратов. Известно, что рак — это неконтролируемое деление клеток. Это деление можно остановить, к примеру, блокируя синтез копии ДНК или работу микротрубочки. Есть противораковые препараты, которые действуют на микротрубку (не дают ей разгибаться) и тем самым блокируют митоз. Но микротрубки есть не только в делящихся клетках. Они есть в неделящихся нейронах, и там они выполняют другую функцию, а вот колец там нет. Противораковый препарат негативно воздействует на трубочки нейронов. Но если сконструировать лекарство, которое будет действовать не на трубку, а на кольцо и тем самым блокировать митоз, считает Фазли, это поможет сохранить мозги и нервы от побочных явлений. Группа Атауллаханова сейчас пробует подбирать конструкции молекул для препаратов.

«Было бы гораздо лучше, если бы все работы мы могли выполнять дома», — говорит Атауллаханов. Сейчас же он и его коллеги вынуждены разрываться, как хромосомы, между разными частями света.

Фазли Атауллаханов — из тех ученых, которых почти целиком занимают научные задачи. Он не умеет «входить в кабинеты», что-то просить и на чем-то настаивать. И все же, когда правительство объявило о широкомасштабной программе, посвященной нанотехнологиям, заставил себя написать несколько писем с предложениями в соответствующие инстанции. Ответа пока не получил. «Меня обескураживает то, с какой бойкостью все схватились за эту тему, — говорит он. — Все кинулись в нанотехнологии. Но ошибочно пытаться затащить в нанотехнологии все, что имеет наноразмеры. Во всем мире это просто новая отрасль, а отнюдь не всенародный проект».

Его смешат громкие рассуждения о том, что вот-вот мы настроим нанороботов, которые побегут по нашим сосудам и будут там лечить наши болезни. «А как господа собираются строить нанороботы, — спрашивает он. — Есть ли у них инструменты? В России вот пока нет ни одного лазерного пинцета». Атауллаханов считает, что такая установка нужна. Это, во-первых, поможет подняться фундаментальной биологии, а во-вторых, манипулировать любыми объектами наноразмеров не только для теории, но и для тех же нанороботов или новых лекарственных препаратов.

С Богом!


"Ибо я уверен, что ни смерть, ни жизнь, ни Ангелы, ни Начала, ни Силы, ни настоящее, ни будущее, ни высота, ни глубина, ни другая какая тварь не может отлучить нас от любви Божией во Христе Иисусе, Господе нашем."
(Рим.8:38-39)
 
connstanceОтправлено в: Среда, 30 Января 2008, 15:32 | Сообщение № 2

Участник
Группа: христиане
Сообщений: 127
C нами с 09 Января 2007
Откуда: Российская Федерация
Статус: Отсутствует
Спасибо за статью, очень позновательно.

Горе тем, которые зло называют добром, и добро — злом, тьму почитают светом, и свет — тьмою, горькое почитают сладким, и сладкое — горьким!
 
Бейт-мидраш / Дом учения » ПРИРОДА И ТАЙНЫ МИРОЗДАНИЯ » Тора и Наука » Применение нантехнологий показало сложность деления клетки (Митоз как чудо Божье)
Страница 1 из 11
Поиск:
Функции форума
Ленточный Вариант Форума  |  Правила поведения  |  Участники  |  RSS Лента  |  Поиск по Названиям Тем

Предупреждение: данный форум строго модерируем. Проводятся постоянные ревизии, чистки, а также удаляются устаревшие и потерявшие актуальность темы.

Цветовая маркировка групп: Читатель ~ Участник ~ Постоянный участник ~ Администратор

Поиск по всему сайту


Форум основан 1 июня 2006 г.
Хостинг от uCoz