Новости

Международная команда ученых, включающая исследователей из ФИАН, МФТИ и МГУ им. М.В. Ломоносова получила беспрецедентно точное изображение процесса образования струи плазмы в окрестностях массивной черной дыры. Структура струи при этом была рассмотрена с разрешением, которого до сих пор астрономам не удавалось добиться. Новые данные означают, что теоретикам придется пересмотреть устоявшиеся взгляды на формирование джетов.

«Радиоастрон» — слева, структура релятивистской струи в галактике Персей А — справа
© Кирилл Соколовский/ МГУ

В центрах практически всех известных галактик есть черные дыры, масса которых от миллионов до многих миллиардов раз больше, чем у Солнца. Некоторые из этих массивных черных дыр выбрасывают так называемые релятивистские струи, название которых происходит от того, что составляющая их плазма движется со скоростью, близкой к скорости света. Такие струи плазмы, называемые также джетами, и могут тянуться на многие сотни тысяч световых лет. Как именно они формируются, почему у одних черных дыр джеты есть, а у других нет — вопрос, над которым многие годы бьются астрофизики и астрономы. Одной из основных сложностей при этом было отсутствие у ученых технической возможности наблюдать структуру этих струй достаточно близко к месту их зарождения. Без этого нельзя было сравнить реальную картину с той, что давали теоретические модели образования джетов.

Есть две конкурирующие идеи, которые были предложены уже почти треть века назад. Первая — модель Блэнфорда — Знаека. Черная дыра, насколько нам известно, всегда быстро вращается. Она не поглощает вещество напрямую — сперва ее гравитация формирует вокруг нее также вращающийся аккреционный диск, из которого она и забирает материю. Но в силу ее вращения часть вещества из диска не поглощается, а напротив, выбрасывается, набирая при этом большую скорость. По модели Блэнфорда — Знаека, та часть падающего на черную дыру (из аккреционного диска) вещества, которая ею не засасывается, выбрасывается наружу и формирует узкий джет. Он получает энергию от крутящего момента самой черной дыры, посредством гравитационного взаимодействия.

Вторая модель — Блэнфорда — Пейна, в ней джет выбрасывается не из непосредственных окрестностей черной дыры, а из аккреционного диска, который тоже вращается и тоже может разгонять выбрасываемое вещество за счет своего крутящего момента. Большинство астрономов предпочитали первую модель, Блэнфорда — Знаека, и считали, что джеты формируются самой центральной сверхмассивной черной дырой.

В рамках новой работы исследователи изучили окрестности сверхмассивной черной дыры в центре галактики Персей А. Российские астрономы комбинировали данные от 40 крупнейших наземных радиотелескопов по всему миру и российского космического радиотелескопа «Радиоастрон». Он находится в сотнях тысяч километров от Земли, что дает возможность добиться ультравысокого разрешения. Сигналы отдельных телескопов синхронизировались с помощью атомных часов. В итоге исследователям удалось получить детальное изображение основания джета в десять раз ближе к границе черной дыры, чем это было возможно ранее, — с использованием одних только наземных инструментов.

Структура джета, выявленная по радиоизлучению от его плазмы, говорит в пользу того, что аккреционный диск как минимум частично участвует в формировании джетов, а возможно, является основным их источником. Это значит, что до сих пор большинство астрономов в этом отношении ошибались, а модель Блэнфорда — Пейна ближе к реальности, чем модель Блэнфорда — Знаека.

Понять, что именно является источником джета, удалось за счет беспрецедентно высокого разрешения снимка, сделанного в радиодиапазоне, — оно составило 12 световых дней для дистанции в 230 миллионов световых лет. Такое разрешение позволило увидеть, что джет сразу, у самого своего основания стартует широким, цилиндрической формы потоком плазмы. Это нереально, если вещество джета выбрасывается от черной дыры — там просто недостаточно места для широкого основания джета, да и сильные гравитационные поля должны сильно искажать его форму. Согласно новым наблюдениям, ширина джета у самого основания равна тысячам радиусам горизонта событий черной дыры, и поэтому ею самой он порожден быть не может. Такая структура джета может быть только при условии, если в его формировании значительную роль сыграл аккреционный диск.

«РадиоАстрон» работает на орбите с 2011 года. Он оснащен десятиметровым зеркалом, настолько большим, что полностью развернуть его можно было только уже в космосе (ракет с достаточно крупным головным обтекателем пока просто нет). «РадиоАстрон» реализует рекордное угловое разрешение до нескольких микросекунд дуги, эквивалентное радиотелескопу диаметром 350 000 км — почти расстояние между Землей и Луной.

Статья опубликована в Nature Astronomy
Источник: chrdk .ru

Группа канадских исследователей из Университета Британской Колумбии обнаружила новый вид гигантского вируса (Bodo saltans virus, BsV). Примечательно, что его удалось выделить из организма морских одноклеточных существ Bodo saltans , а не обнаружить в ходе анализа следов ДНК. Такое открытие позволит значительно глубже изучить биологию этих необычных вирусов.

Bodo saltans
© Deeg et al.

Первые гигантские вирусы были обнаружены еще в 1990-е годы, но из-за их размера ученые принимали их тогда за бактерий. Только в 2003 году первый из подобных вирусов был описан как вирус. Размеры гигантских вирусов действительно более подходят бактериям: их белковые оболочки имеют длину от 200 нанометров до 1,5 микрометра. Это примерно в десять раз больше обычного вируса. Еще более необычен размер генома этих вирусов, в них не менее миллиона пар нуклеотидных оснований. Многие из генов гигантских вирусов не встречаются у других организмов. Подробнее об этой необычной группе вирусов можно почитать в очерке «Происхождение гигантских вирусов».

Значительная часть открытых учеными гигантских вирусов была обнаружена с помощью секвенирования ДНК из морской воды. Это заставляет предположить, что в водной среде гигантские вирусы достаточно многочисленны и играют важную роль в экосистеме. Однако найти эти вирусы в живых организмах удается гораздо реже, поэтому мы пока мало знаем об их биологии, способе заражения и других особенностях.

Профессор Кертис Саттл (Curtis Suttle) и сотрудники его лаборатории занимались выделением вирусов, заражающих зоопланктон. Гигантский вирус был найден в клетках Bodo saltans, дальнего родственника эвглены зеленой, выловленного в одном пруду. Вирус относится к семейству мимивирусов (Mimiviridae). Его обнаружение дало возможность исследователям изучать жизнь гигантского вируса в лаборатории. Размер его капсиды составляет около 300 нанометров, а в геноме содержится 1,39 миллиона пар оснований. Уже известно, что данный вирус обладает целым арсеналом токсинов и ферментов, разрезающих ДНК. Все они нужны вирусу, чтобы предотвратить проникновение вирусов-конкурентов в ядро хозяина, где он поселился. Приблизительно 10 % генома вируса кодирует белки, предназначенные для борьбы с противовирусной иммунной системой хозяина. Ученые заметили множественное дублирование некоторых генов, что они считают признаком «гонки вооружений» между вирусом и его хозяином. Предположительно, такая гипотеза может объяснить огромные размеры геномов у всех гигантских вирусов.

Исследователи описали вирус и его геном в электронном научном журнале eLife
Источник: polit .ru

 

Ученые медицинского факультета Вашингтонского университета в Сент-Луисе разработали методику, позволяющую значительно продлить срок работы внедряемых генов при генной терапии.

Генетические заболевания — большая проблема человечества. Генная терапия, то есть исправление генетических дефектов на уровне РНК и ДНК, имеет большие перспективы, но пока еще обладает значительным недостатком: обычно после лечебной процедуры исправленные гены функционируют недолго — всего лишь несколько недель.

Исследователи смогли совместить природный инструмент «редактирования» генов CRISPR с деактивированным вирусом, что позволяет доставить здоровый ген в точное место генома.

CRISPR (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats) — это короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами в геноме. Впервые они были обнаружены в бактериях. Выяснилось, что эти группы являются «базой данных», в которой хранится информация о контакте с вирусами. Аналогичный механизм имеется у лимфоцитов, у которых есть «память» на ранее встреченные источники инфекции. Наличие в организме системы CRISPR позволяет обеспечить быстрый иммунный ответ на повторное попадание таких вирусов в организм. В 2002 году при исследовании CRISPR обратили внимание на присутствие в соседних локусах генов Cas. Как выяснилось, они работают с ферментом эндонуклеазой, которая разрезает молекулы ДНК.

Система CRISPR/Cas позже была обнаружена и в эукариотических клетках человека, что позволило создать методику, задействующую этот природный механизм. При использовании специально подобранных разнородных нуклеиновых кислот и белков появляется возможность не просто разрезать ДНК, но и извлечь фрагмент и даже заменить его на другой.

Методика была опробована на живых мышах. Ген, срок функционирования которого составлял четыре-шесть недель, был внедрен описанным способом — и оставался активным полгода. Затем эксперимент завершили, чтобы изучить изменения в организмах подопытных животных. Исследователи уверены, что ген действовал бы и дальше, в течение всей жизни мышей, так как он надежно встроен в ДНК.

Глава группы Дэвид Т. Куриел поясняет:

«Мы показали долгосрочную экспрессию гена, который лечит дефицит альфа-1-антитрипсина, что является наиболее распространенной формой наследственной эмфиземы. Сейчас применяем эту технику к гемофилии — генетическому заболеванию, при котором кровь не свертывается должным образом».

Уже это короткое пояснение наглядно описывает всю важность открытия. Развитие метода, образно говоря, приведет к созданию «текстового редактора ДНК» с функциями вида «вырезать», «скопировать» и «вставить», что позволит излечивать даже некоторые психические расстройства.

Источник: naked-science .ru

РИА Новости. Мощнейшая гравитационная линза, усилившая свет в две тысячи раз, помогла орбитальной обсерватории «Хаббл» получить фотографии звезды, удаленной от Земли на 9 миллиардов световых лет, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

Звезда Икар, MACS J1149 LS1, пока самое далекое светило мироздания
© NASA, ESA, and P. Kelly, University of Minnesota

«Нам впервые удалось увидеть обычную звезду – не сверхновую, не гамма-вспышку, а самое заурядное светило, удаленное от нас на девять миллиардов световых лет. Как нам кажется, другие подобные наложения «космических линз» помогут нам увидеть самые ранние звезды Вселенной. Само мироздание подарило нам самый большой телескоп, какой только может существовать», — заявил Алексей Филиппенко из университета Калифорнии в Беркли (США).

Любое скопление материи большой массы, в том числе и темной, взаимодействует со светом и заставляет его лучи искривляться, как это делают обычные оптические линзы. Такой эффект ученые называют гравитационным линзированием. В некоторых случаях искривление пространства помогает астрономам увидеть сверхдалекие объекты – первые галактики Вселенной и их ядра-квазары — которые были бы недоступны для наблюдения с Земли без гравитационного «увеличения».

Если два квазара, галактики или других объекта расположены друг за другом для наблюдателей на Земле, возникает интересная вещь – свет более далекого объекта расщепится при прохождении через гравитационную линзу первого. Из-за этого мы увидим не два, а пять ярких точек, четыре из которых будут световыми «копиями» более далекого объекта. Вдобавок, подобные «линзы Эйнштейна» часто накладываются друг на друга, что усиливает свет еще более далеких объектов.

Филиппенко и его коллеги, в том числе нобелевский лауреат Адам Рисс (Adam Riess), впервые смогли получить детальные снимки звезды, существовавшей в одной из первых галактик Вселенной, наблюдая за скоплением галактик MACS J1149, расположенном в созвездии Льва на расстоянии в пять миллиардов световых лет от Земли.

Это скопление, как выяснили ученые в 2014 году, закрывает собой еще одно крупное «семейство» галактик, следы которого можно увидеть в виде яркого кольца света, окружающего MACS J1149. Анализируя его структуру по снимкам, полученным «Хабблом» в 2016 и 2017 годах, Филиппенко и его коллеги заметили необычный объект, который выбивался из общего ряда галактик.

Проанализировав его спектр и измерив размеры, ученые обнаружили, что имеют дело не со вспышкой сверхновой или гамма-всплеском, а с нормальной звездой, которая относится к числу голубых сверхгигантов. Она находится на окраинах галактики, удаленной от Земли примерно на 9 миллиардов световых лет, на противоположном краю которой относительно недавно взорвалась сверхновая, SN Refsdal, чей свет также был многократно усилен «линзой» MACS J1149.

В прошлом, эта звезда, получившая кличку «Икар» и имя MACS J1149 LS1, оставалась невидимой для «Хаббла» или любых других телескопов. Она стала заметной только после того, как ее положение в галактике сместилось, и ее свет начал проходить через окрестности другой звезды, небольшого карлика размером с Солнце, на пути к скоплению MACS J1149. Это усилило ее свечение в 600 раз и позволило астрономам открыть ее.

В ближайшем будущем, как ожидают Филиппенко и его коллеги, MACS J1149 LS1 станет еще ярче из-за дальнейших сдвигов в положении звезд в ее родной галактике. Наблюдения за этим светилом, как надеются ученые, помогут им понять, какую роль играет темная материя в формировании подобных гравитационных линз и приблизиться к открытию так называемых примордиальных черных дыр.

Источник: РИА Новости

С каждым годом исследователи обнаруживают все больше интересных оборонительных тактик живых существ, призванных спасти их от лап и клыков хищника. Иногда такое поведение кажется нам очень странным. Впрочем, это только на первый взгляд: если животное хочет выжить, оно готово задействовать все доступные методы.

© Depositphotos

Особый интерес представляют мыши, которым приходится спасаться от множества более крупных свирепых врагов — будь то змеи или кошки. Интересно и то, что мыши могут выступать как «обед» для своих габаритных «родственников» — крыс. Большая часть последних — всеядна. При этом разные виды отдают предпочтение различной пище: некоторые крысы питаются в основном семенами, овощами и фруктами, другие же предпочитают насекомых, моллюсков и даже мелких грызунов.

Ученые знают, что мыши стараются избегать крыс, используя в качестве маркера запах их мочи. Сейчас Кадзусиге Тоухара и его коллеги решили проверить, как слезная жидкость крыс влияет на поведение мышей. Эксперты выделили из нее ранее неизвестный белок CRP1. Он присутствует в слезах самцов крыс и влияет на половое поведение самок. Исследователи поместили в клетки с мышами кусочки хлопка, предварительно обработав их CRP1.

Специалисты обратили внимание на то, что мыши внимательно изучают хлопок, держась при этом на почтительном удалении. Последующий анализ показал, что контакт с белком CRP1 заставляет мышей замирать, кроме того, ведет к снижению температуры тела грызуна и замедляет сердцебиение. Данный эффект наблюдали даже через час после первого контакта — его можно расценивать в качестве оборонительного поведения. Впрочем, стоит отметить, что реакция мышей на CRP1 отлична от их реакции на ряд других «сигналов» об опасности — например, змеиную кожу и шерсть кота.

В целом науке известно относительно мало о функции слез в контексте межвидовой коммуникации. В силу этого новое исследование может оказаться важным этапом на пути к более глубоким познаниям.

Источник: naked-science. ru

 

Исследователи из России (Государственного Дарвиновского музея), США, Турции, Румынии и Тайваня изучили, как отличается пение деревенских ласточек (Hirundo rustica), живущих в разных регионах Евразии и Северной Америки. Оказалось, что степень различий в издаваемых этими птицами звуках зависит прежде всего от географической удаленности популяций друг от друга.

Деревенская ласточка (Hirundo rustica)
©  Malene Thyssen

Группы ласточек, обитающих сравнительно близко, но в резко отличающихся климатических условиях, поют практически одинаково. Также имеет значение и генетическое родство популяций: чем оно ближе, тем более похожие у них звуковые сигналы.

Деревенская ласточка гнездится на большей части Северного полушария и образует несколько подвидов. Три из них (Hirundo rustica rustica, H. r. gutturalis, H. r. tytleri) обитают в России, еще один (Hirundo rustica erythrogaster) — в США и Канаде, и по одному — в Румынии и Турции (Hirundo rustica rustica), на Тайване (Hirundo rustica gutturalis), в Израиле (Hirundo rustica transitiva) и в Египте (Hirundo rustica savignii). Зоологи получили данные обо всех этих подвидах, за исключением последнего, так как в момент сбора информации в местах его обитания была напряженная политическая обстановка.

Всего было записано 1700 песен 180 самцов деревенской ласточки. Исследователи проанализировали составляющие песен этих птиц, высоту звуков в них, частоту их повторения в мелодиях и ряд других акустических параметров. Особенно биологов интересовали серии щелчков в конце песен. По характеристикам входящих в их состав звуков орнитологи выделили три «буквы»: P, Q и Ω.

Как оказалось, у каждого подвида свой набор используемых «букв». Все изученные популяции Hirundo rustica rustica ближе к концу песни издают сначала P, затем Q, а наиболее близко живущие к Казахстану — еще и Ω. Дальневосточные Hirundo rustica tytleri не применяют P, а самцы Hirundo rustica gutturalis из Тайваня и израильские Hirundo rustica transitiva «говорят» только Q. Песни ласточек сибирских и восточноевропейских популяций H. r. rustica по длине различаются сильнее, чем трели двух разных подвидов, живущих бок о бок вблизи Байкала.

Сравнив параметры мелодий самцов деревенских ласточек со всех регионов сбора данных, зоологи пришли к выводу, что различия в песнях отдельно взятых птиц этого вида зависят в первую очередь от того, насколько географически они удалены друг от друга. Географической изоляции помимо расстояния также способствует наличие естественных преград — высоких горных массивов, океанов и т.д. Климатические условия практически не оказывали влияние на песни самцов деревенской ласточки. Однако значительную роль также играло и генетическое родство. Чем ближе был состав ДНК у птиц разных популяций, тем больше общего находили в их пении.

Также авторы исследования предполагают, что значительную роль в разнообразии звуковых сигналов деревенских ласточек играет половой отбор. Дело в том, что у птиц этот вид отбора часто заметно влияет на их облик. Половой отбор предполагает, что самки выбирают себе самцов по различным необычным и часто не повышающим шансы выжить признакам. Набор таких признаков составляется фактически случайно. Потомство после себя оставят те самцы, у которых эти признаки выражены максимально. Вероятно, каким-то самкам ласточек больше «понравилась» буква Q в трели самцов, и они стали выбирать партнеров, в песне которых она есть. В других странах и у других подвидов появилась «мода» на Ω, и так ласточки, использующие эту «букву», получили преимущество при размножении. Однако описанное предположение необходимо еще проверить с помощью анализа ДНК деревенских ласточек из различных популяций.

Статья о песнях деревенских ласточек опубликована в Biological Journal of the Linnean Society
Источник: chrdk. ru

Сотрудники МГУ им. М.В. Ломоносова, нескольких российских научно-исследовательских институтов и Берлинского технического университета изучили светособирающие комплексы фотосинтезирующих бактерий, побывавших на околоземной орбите в спутнике «Фотон-М4». Ученые обнаружили, что ионизирующее излучение отрицательно влияет на интенсивность работы этих структур, однако, вновь попав после космоса в обычные условия, фикобилисомы и содержащие их клетки восстанавливают свою активность. Иными словами, существует вероятность, что фотосинтезирующие микроорганизмы могли живыми преодолевать путь от одной планеты к другой. Препринт научной статьи на эту тему доступен на сервере биологических публикаций biorXiv.

Synechocystis sp.
© The Japanese Fresh-water Algae

Объектом изучения биологов стали цианобактерии (ранее их называли сине-зелеными водорослями) рода Synechocystis. Как и другие представители той же группы микроорганизмов, они способны фотосинтезировать — образовывать органические вещества из углекислого газа с участием воды. Для фотосинтеза они используют фикобилисомы — комплексы из нескольких сотен молекул белков, связанных с пигментами фикобилинами. Эти структуры улавливают солнечный свет и отправляют его энергию в реакцию разложения воды на кислород, электроны и ионы водорода.

Цианобактерии, как многие другие бактерии, легче переносят неблагоприятные условия, чем более сложно устроенные организмы. Исследователей интересовало, смогут ли фикобилисомы выполнять свою функцию после воздействия ионизирующего излучения. Они сформировали три группы культур Synechocystis и выделенных из них фикобилисом. Одну на 45 дней отправили на околоземную орбиту высотой приблизительно 575 км на спутнике «Фотон-М4», внутри которого во время полета было от 14 до 22 градусов Цельсия. Другую на тот же срок оставили в лаборатории при температуре 21 градус Цельсия в полной темноте. Культуры третьей группы развивались при ярком белом освещении и аналогичной температуре. Их облучили альфа-частицами на циклотроне, разработанном в Институте ядерной физики им. Д.В. Скобелицына МГУ. При этом они получили дозу 120 килогрей.

Во всех случаях ученые сравнивали, как меняется интенсивность поглощения света различных длин волн у клеток цианобактерий и выделенных из них фикобилисом после воздействия космического излучения или альфа-частиц на Земле. Выяснилось, что интенсивность поглощения световых волн красной и близкой к инфракрасной части спектра как у находящихся в цианобактериях фикобилисом, так и у изолированных их комплексов существенно падала (по сравнению с контрольной группой) в результате пребывания в космосе. Аналогичный эффект наблюдался и после облучения в лаборатории. Однако спустя непродолжительное время, «отлежавшись» в нормальных земных условиях, «космические» и «циклотронные» Synechocystis начинали размножаться, при этом их дочерние клетки уже содержали фикобилисомы, нормально поглощавшие солнечный свет.

На основе полученных результатов авторы выдвинули предположение, что цианобактерии и подобные им древние микроорганизмы теоретически могли перемещаться между планетами. Несомненно, ионизирующее излучение космоса подавляло их жизнедеятельность, но этот процесс был обратим. Попадая в благоприятные условия на новых планетах, похожие на Synechocystis бактерии возобновляли фотосинтез и деление. Образуя в ходе фотосинтеза кислород, они были способны создавать атмосферы, пригодные и для жизни других организмов.

Таким образом, исследование российских ученых подкрепляет научную базу теории панспермии. Согласно ей, жизнь на Землю и другие планеты могла быть занесена с каких-то других небесных тел на кометах или метеоритах.

Источник: chrdk .ru

РИА Новости. Ученые из Брауновского университета и Гарварда разработали новый класс антибиотиков, способный уничтожать стафилококк, неуязвимый к действию метициллина и ряда других лекарств, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

Staphylococcus aureus Золотистый стафилококк
© National Institute of Allergy and Infectious Diseases

«Несмотря на все плюсы ретиноидных антибиотиков, в том числе быстрый характер их действия и низкую вероятность развития стойкости к ним, у них есть один большой минус – они цитотоксичны и могут убивать клетки человека. Нам удалось подобрать такой их вариант, который действовал только на мембраны бактерий и особенно эффективно боролся с застарелыми инфекциями», — пишут Элефтериос Милонакис (Eleftherios Mylonakis) из Брауновского университета и его коллеги.

В последние годы перед медиками все шире и острее становится проблема появления так называемых «супербактерий» – микробов, стойких к действию одного или нескольких антибиотиков. Среди них есть как редкие возбудители инфекций, так и очень распространенные и опасные патогены, такие как золотистый стафилококк (Staphilococcus aureus) или пневмококк (Klebsiella pneumoniae). Возникла реальная опасность того, что все антибиотики потеряют свою эффективность и медицина вернется в «темные века».

Милонакис и его коллеги создали первый синтетический антибиотик, который может уничтожать даже самые живучие колонии «бессмертного» стафилококка, экспериментируя с ретиноидами, аналогами витамина А, имеющими бактерицидные свойства.

Подобные вещества, как отмечает Милонакис, ученые давно пытаются приспособить в качестве средства для борьбы не с бактериями, а с раковыми опухолями, чьи клетки начинают массово гибнуть при появлении даже небольшого числа молекул ретиноидов в их окрестностях.

Относительно недавно ученые обнаружили, что эти же соединения могут проникать в мембраны микробов и выворачивать их наизнанку, вызывая их массовую гибель. Эти открытия привлекли внимание американских химиков, и они попытались найти такую версию ретиноидов, которая бы убивала стафилококк, но не трогала клетки животных и людей, экспериментируя на червях-нематодах.

Создав несколько десятков тысяч «кузенов» витамина А, ученые заразили червей стафилококком и попытались вылечить их при помощи этих случайно созданных антибиотиков. Им удалось найти примерно две сотни молекул, мешавших размножению микробов, и выбрать из них два вещества, CD437 и CD1530, наиболее эффективно справлявшихся с этой задачей и при этом почти не трогавшие клетки печени, почек и других органов.

Дальнейшие опыты показали, что молекула CD437 и ее усовершенствованные версии, не убивавшие клетки человека в принципе, обладали еще одним интересным и полезным свойством. Они особенно эффективно уничтожали тех микробов, которые размножались медленно и были причиной развития хронических и застарелых инфекций.

Подобные бактерии не имеют «генов неуязвимости», однако антибиотики на них почти не действуют из-за их медленного метаболизма, и создание лекарства от них, как надеются Милонакис и его коллеги, поможет медикам бороться с больничными эпидемиями стафилококка и позволит науке одержать победу в гонке вооружений с микробами.

Источник: РИА Новости

Механизм важнейшей окислительной реакции Байера–Виллигера, известной больше ста лет, раскрыт международной группой ученых. Реакция является универсальным путем получения эфиров органических кислот – базовых соединений для химической промышленности. Результаты исследования позволят предложить новые промышленные процессы окисления и классы антипаразитарных органических пероксидов для лечения малярии и гельминтозов. Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ) и опубликована в журнале Angewandte Chemie International Edition. Кратко о результатах рассказывает пресс-релиз РНФ.

Реакция Байера–Виллигера была открыта в 1899 году немецкими химиками Адольфом фон Байером и Виктором Виллигером. Ее суть заключается в окислении необходимых в промышленности веществ — кетонов и альдегидов — до сложных эфиров (производных органических кислот с замещением водорода СООН-группы на углеводородную цепь) под действием пероксокислот. Последние представляют собой кислоты с группировкой из двух связанных атомов кислорода. Реакция нашла применение, например, при производстве капролактона — предшественника многих полимеров. Несмотря на это, механизм процесса до недавнего времени оставался загадкой и существовал лишь «на бумаге»: ученым никак не удавалось зафиксировать или выделить промежуточное соединение (интермедиат).

Реакция Байера–Виллигера versus
Обнаруженный синтез циклических пероксидов
© Александр Терентьев

«В середине прошлого столетия Рудольф Криге предложил вариант возможного промежуточного соединения. В нашем исследовании мы сконструировали ловушку для интермедиатов Криге, что позволило получить их в стабильном виде и охарактеризовать», — рассказывает Александр Терентьев, доктор химических наук, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией в Институте органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН.

На первом этапе реакции пероксидный фрагмент пероксокислоты атакует молекулу кетона или альдегида. Целью становится углерод карбонильной (=С=O) группы, и в результате он оказывается заключен между двумя кислородами. Один является «его собственным», а другой приходит от пероксокислоты и пока остается с ним связанным. По бокам от карбонильного углерода находятся заместители кетона или альдегида, представленные углеводородными цепями. Так устроен реакционный центр интермедиата Криге, который впоследствии окажется в самой гуще событий и именно в нем произойдут ключевые перестройки, приводящие к образованию эфира.

Неустойчивость промежуточных соединений реакции Байера–Виллигера могут объяснить эффекты совместного влияния электронов, атомов и их пространственного расположения на реакционный центр. Например, в обычном промежуточном соединении создаются благоприятные условия для перехода одного из заместителей кетона или альдегида к атому кислорода пероксидного фрагмента пероксокислоты. Таким образом, происходит перестройка молекулы в конечный продукт: исходное соединение оказывается окислено. Авторам работы удалось стабилизировать промежуточное соединение Криге, нарушив эти эффекты взаимодействий благодаря созданию его замкнутой, циклической версии. Результаты исследования дают ключ к пониманию механизма реакции Байера–Виллигера, что позволит более результативно проводить ее оптимизацию и конструировать соединения, ускоряющие реакцию.

«Наши данные помогут увеличить избирательность и расширить номенклатуру в производстве мономеров – молекул-«кирпичиков» для построения полимера, а также позволят предложить новые промышленные процессы окисления и классы антипаразитарных органических пероксидов. Важно отметить, что в 2015 году за использование природного циклического пероксида артемизинина для лечения малярии была вручена Нобелевская премия по физиологии и медицине. Полученные на основе недорогих и доступных полупродуктов стабильные интермедиаты Криге представляют собой новый класс циклических органических пероксидов и в перспективе смогут применяться для лечения малярии и гельминтозов», — заключает Александр Терентьев.

Источник: polit .ru

 

Все знают, что свойства воды отличаются от большинства жидкостей: она расширяется при замерзании (поэтому лед легче), при сжатии снижается ее вязкость и так далее. Эти, казалось бы, аномальные свойства нам еще в школе объясняют наличием водородных связей между молекулами. Однако подробности пока мало изучены, хотя тема крайне важна и для химии, и для физики. Специфические свойства воды также используют в медицине и технических дисциплинах.

Изображение структуры воды в фазовом состоянии Si34 (слева)
и фазовая диаграмма в координатах λ/давление (справа)
© Institute of Industrial Science, The University of Tokyo

В Институте промышленных наук Токийского университета смогли продвинуться в понимании феномена строения воды.

Вода в жидком состоянии образует тетраэдрические структуры локального характера, которые формируются при помощи водородных связей, — это известно давно. Японские ученые определили, что вода — не просто «неупорядоченная вода», в которой плавают «частицы» «тетраэдрической воды»: система имеет диаграмму состояния, аналогичную твердым фазам.

Разработана модель, которая рассматривает жидкую воду как систему, состоящую из двух фаз. Первая — неупорядоченное состояние с высокой вращательной симметрией. Проще говоря, это отсутствие какой-либо определенной закономерности в «направлениях» молекул в жидкости. Вторая фаза не просто упорядочена тетраэдрально, но и термодинамически находится в неравновесном состоянии. Взаимодействие этих состояний описывается параметром лямбда (λ), физический смысл которого — оценка относительной силы межмолекулярных взаимодействий парного и тройного характера. То есть обычного, между двумя свободными молекулами, и между молекулами, составляющих тетраэдрическую структуру. Соответственно, рост параметра λ указывает на увеличение упорядоченности системы. Эта модель выглядит простой, но хорошо предсказывает аномальное поведение воды как жидкости.

Один из руководителей исследования Джон Руссо поясняет: «…С увеличением λ тетраэдрические оболочки, образующиеся вокруг каждой молекулы, становятся энергетически более стабильными». Тем самым компенсируются затраты энергии на упорядочивание структуры в целом. Ученые, изменяя λ, смоделировали диаграммы фазовых состояний, строение которых может быть весьма неожиданным. Так, на рисунке слева изображена структура воды типа Si34 — она образуется при отрицательном давлении. При этом ее строение — клатратное, то есть, по сути, является соединением включения: часть молекул воды находится в полостях структуры, образованной другими ее молекулами. Выявленная зависимость не линейная, максимальное влияние на свойства воды происходит при λ = 23,15.

Хадзиме Танака, один из руководителей проекта, отметил важную роль исследования для физической химии. Связь макроскопических параметров, таких как вязкость, с микроскопическими структурами, произведенная при помощи сравнительно простой модели, — действительно важное достижение. С практической точки зрения понимание структуры воды должно помочь разработкам эффективных фильтров для тонкой очистки.

Источник: naked-science. ru