Ученые получили трехмерную модель вируса Zika, детализированную до атомарного уровня


Для того, чтобы эффективно бороться со вспышкой инфекционного заболевания, вызванного вирусом Zika, в Бразилии и в других уголках земного шара, ученым требуется лучшее понимание природы и особенностей строения этого вируса. И недавно группе ученых-вирусологов удалось составить точную трехмерную модель структуры вируса Zika, уровень детализации которой простирается до уровня отдельных молекул и атомов. Изучение вируса при помощи этой модели позволит более точно определить пути передачи вируса от одного носителя к другому и действия этого вируса, приводящие к возникновению заболевания.

Для создания модели исследователи использовали технологию криоэлектронной микроскопии. Образцы вируса замораживаются до криогенной температуры, при которой практически замирает движение атомов в молекулах белков. Это, в свою очередь, позволяет, не повреждая структуру вируса, сделать снимки с разных углов и создать на их базе подробную трехмерную модель.

Полученные данные указывают на то, что вирус Zika очень подобен его "родственникам" из семейства флавивирусов (flavivirus), структура некоторых из которых изучена уже достаточно хорошо. Кардинальным отличием является группа белков E-гликопротеинов (E glycoproteins), которые находятся на поверхности оболочки вируса и которые определяют способ его проникновения внутрь атакуемых клеток. Это объясняет тот факт, что вирус Zika способен поражать нервные клетки, следствием чего являются синдромы неврологических заболеваний определенных видов.


Понимание природы и строения вируса может оказать большую помощь в деле создания вакцины, способной останавливать все вирусы семейства флавивирусов, но появления такой вакцины стоит ожидать не в самом ближайшем будущем. "Более вероятным является разработка универсального противовирусного препарата, и для его создания нам требуется знать все особенности вируса Zika" - рассказывает Ричард Кун (Richard Kuhn), директор Института вирусологии и иммунологии университета Пурду.

"Полученные изображения позволят нам понять все процессы, происходящие на молекулярном уровне" - рассказывает Ричард Кун, - "Зная о наличии белков E glycoproteins мы можем создать лекарственные препараты, блокирующие их функции, что станет мощным оружием в деле борьбы с этой инфекцией. Кроме этого, зная отличия вируса Zika от других подобных вирусов, мы можем создать новые методы диагностики, отличающиеся высокой точностью и эффективностью по сравнению с имеющимися в настоящее время".

Источник

Cello - язык, позволяющий программировать живые клетки


Новый язык программирования, весьма подобный языкам программирования компьютеров, дает исследователям в руки новый инструмент, позволяющий создавать биологические логические схемы, функционирующие прямо внутри живых клеток. Пока при помощи этого языка, который получил название Cello, ученые создали простейшие биологические цепи, но позже могут быть созданы весьма и весьма сложные цепи и схемы, которые позволят микроорганизмам диагностировать заболевания, самостоятельно производить необходимые лекарственные препараты и самоуничтожаться после выполнения поставленных задач.

Подобные технологии могут оказаться полезными не только в области здравоохранения, их можно использовать во многих других областях, включая сельское хозяйство. Насаждения сельскохозяйственных культур могут быть обработаны запрограммированными бактериями, которые вырабатывают инсектициды в случае обнаружения вредителей.

"Программируя бактерий, вы используете текстовый язык программирования точно так, как вы программируете компьютер или микроконтроллер" - рассказывает Кристофер Войт (Christopher Voigt), профессор Массачусетского технологического института, - "Текст исходной программы превращается в последовательность ДНК, которая синтезируется любым из доступных методов и помещается внутрь живой клетки".


Кристофер Войт и его коллеги из Бостонского университета и Национального института Стандартов и Технологий при помощи языка Cello создали ряд биологических логически цепочек, превращающих бактерии в датчики уровня освещенности, температуры, кислотности, концентрации кислорода и некоторых других параметров окружающей среды. Кроме этого, они уже создали самую большую в своем роде биологическую логическую схему, содержащую семь базовых логических элементов и состоящую из последовательности 12 тысяч оснований ДНК.

Новый язык биологического программирования Cello является одним из первых в его роде и у него имеется хороший шанс стать стандартом де-факто в области разработки биологических схем. Благодаря наличию этого языка биологические схемы могут создаваться достаточно быстро, что ускорит процедуру проверки их работоспособности. И еще одним плюсом в пользу языка Cello является то, что группа профессора Кристофера Войта собирается сделать его открытым и доступным для использования всеми нуждающимися в таких инструментах.

Источник

Разработан новый тип высокоскоростной магнитной памяти



В течение нескольких десятилетий ученые пытались разработать эффективную магнитную память с произвольным доступом (magnetic random access memory, MRAM), в которой информация хранится в виде направления намагниченности частички магнитного материала. Так как намагниченность материала может быть изменена с очень большой скоростью, такой тип памяти рассматривается в качестве замены полупроводниковой статической памяти (SRAM) и динамической памяти (DRAM). Однако, при создании ячеек MRAM-памяти различного типа ученые сталкивались с рядом достаточно сложных проблем. Исследовательская группа из университета Тохоку (Tohoku University), возглавляемая профессором Хидео Оно (Hideo Ohno) и адъюнкт-профессором Сюнсукэ Фуками (Shunsuke Fukami), разработала структуру ячеек нового типа магнитной памяти, основанных на эффекте индуцированного спин-орбитального момента (spin-orbit-torque, SOT), который обеспечивает быстрое переключение намагниченности ячейки.

Технология индуцированного SOT-переключения намагниченности является достаточно новой технологией, которая лишь в последнее время была изучена достаточно хорошо. Переключение намагниченности ячейки памяти производится путем воздействия протекающего через ячейку электрического тока на орбиты вращения электронов атомов материала, а само переключение может производиться очень быстро, во временной шкале, исчисляющейся наносекундами.

В своих исследованиях группа профессора Хидео Оно разработала ячейку памяти, структура которой достаточно кардинально отличается от структур подобных ячеек созданных ранее, в которых использовались две независимых схемы, переключающие направление намагниченности на параллельное и перпендикулярное. В новой ячейке имеется не четыре, а три электрода, которые соединяются со структурой магнитного туннельного перехода, состоящего из различных материалов - Ta/CoFeB/MgO.

В ходе испытаний созданных образцов ячеек памяти ученые продемонстрировали, что разработанная ими технология способна обеспечить быстрое переключение направления намагниченности. Кроме этого, плотность электрического тока, требующегося для переключения, мала и находится в разумных пределах, а разница в сопротивлении ячеек с записанными в них логическими 1 и 0 достаточно велика для обеспечения надежной работы. Все вышеперечисленное делает новые ячейки магнитной памяти весьма перспективными кандидатами на практическое воплощение технологий MRAM-памяти, которая способна хранить информацию длительное время при отсутствии энергии из внешнего источника.

Дальнейшие исследования процессов, протекающих в ячейках магнитной памяти нового типа, могут стать инструментом, который позволит ученым досконально изучить все особенности SOT-переключения направления намагниченности, процесса, в физике которого пока еще остается множество "белых пятен".

Источник

Ученые собираются пронзить Землю лучом частиц нейтрино


Ученые из Национально лаборатории имени Ферми (Fermilab) производят последние приготовления к проведению эксперимента DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment). В рамках этого эксперимента в подземной лаборатории, расположенной неподалеку от Чикаго, будет создан луч из неуловимых частиц нейтрино, который, пройдя сквозь недра Земли расстояние в 1300 километров (800 миль), будет зарегистрирован одним из самых больших на сегодняшний день детекторов нейтрино.

Эксперимент начнется с создания луча протонов, разогнанных до скорости, близкой к скорости света. Этот луч станет источником энергии для генератора луча нейтрино NuMI (Neutrinos Main Injector), мощность которого составляет 400 кВт и который является самым мощным источником нейтрино на сегодняшний день. Пройдя сквозь толщину пород Земли луч нейтрино, некоторые из которых успеют за время путешествия превратиться из частиц одного типа в частицы другого типа, будет "пойман и измерен" датчиком эксперимента Sanford Underground Research Facility, находящимся в Южной Дакоте, который является одним из самых больших датчиков нейтрино на сегодняшний день.

Все данные, собранные в ходе эксперимента DUNE, будут обработаны и проанализированы группой из 800 ученых-физиков из 150 различных научных учреждений.


Результаты, полученные в ходе этого эксперимента, позволят пролить свет не только на некоторые из загадок частиц нейтрино. Они также дадут некоторые ответы касательно процессов "жизни" звезд, позволят изучить некоторые аспекты квантовой физики, основываясь на наблюдениях так называемых колебаний нейтрино. Колебаниями нейтрино называют спонтанные превращения этих частиц из одного вида в другой, в данном случае генератор NuMI будет излучать поток из трех видов мюонных нейтрино, а датчик на конце маршрута будет улавливать электронные нейтрино, в которые превратятся мюонные нейтрино во время полета на скорости, очень близкой к скорости света.

Явления из области субатомной физики, которые будут изучены в ходе эксперимента DUNE, будут иметь огромное значение для понимания людьми принципов "работы" Вселенной. При помощи полученных данных ученые постараются объяснить загадку несоответствия количества обычной материи и антиматерии, которые находятся в обозримой с Земли части Вселенной. И это, в свою очередь, позволит ученым ответить на вопрос о том, почему Вселенная сразу же не погибла в еще одном взрыве аннигиляции, ведь во время Большого Взрыва антиматерия и материя, как предполагают ученые, образовались в равных количествах.


Источник

Астрономы обнаружили "подпись" процесса аннигиляции темной материи


Мы живем в эпоху расцвета астрофизики. Важные открытия, такие, как обнаружение новых экзопланет, гравитационных волн от сталкивающихся черных дыр, или ускорение темпов расширения Вселенной, делаются все чаще и чаще. Но все перечисленные выше открытия смотрелись бы весьма скромно, если бы ученым удалось получить убедительное подтверждение тому, что большая часть материи во Вселенной приходится на долю таинственной темной материи, о природе которой ученые пока могут только догадываться. Согласно данным, собранным космическим телескопом Planck и другими астрономическими инструментами, всего 4.9 процента от общего количества материи во Вселенной приходится на долю обычной, видимой и осязаемой материи. Остальная львиная доля приходится на темную материю, проявляющуюся в виде ее гравитационного влияния, и темную энергию, которая способствует ускорению процесса расширения Вселенной.

Обнаружение темной материи является одной из основных задач, стоящих перед современной астрофизикой. Некоторые ученые предполагают, что темная материя должна проявлять себя не только при помощи ее гравитационных сил. Темная материя, как и обычная материя, может быть представлена в виде двух антагонизмов, материи и антиматерии, которые при контакте аннигилируют, испуская высокоэнергетическое излучение. Основным кандидатом на "звание" частиц темной материи являются WIMP-частицы (weakly interacting massive particle), характеризующиеся слабым взаимодействием друг с другом и другими частицами. И если процесс аннигиляции частиц темной материи все же существует, то это может значительно сузить диапазон, в котором необходимо производить ее поиски.

Дуг Финкбайнер (Doug Finkbeiner) и его коллеги из Центра астрофизики Гарварда-Смитсона (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, CfA) утверждают, что им удалось обнаружить подпись процесса аннигиляции частиц темной материи. Они провели доскональное изучение пространственного распределения изучения гамма-лучей в объеме галактики Млечного Пути, уделяя особое внимание центральной области галактики. В этой области наблюдается высокая плотность обычной материи и, предположительно, темной материи также.

Если процесс аннигиляции темной материи происходит согласно некоторым из имеющихся теорий, то область скопления темной материи должна светиться несколько ярче в рентгеновском диапазоне. И действительно, в области центра галактики, размер которой составляет несколько сотен световых лет, были обнаружены некоторые "аномальности" в распределении гамма-излучения, в частности, были найдены слабые потоки лучей, простирающихся их центральной области галактики наружу. Справедливости ради стоит отметить, что наличие этих потоков может быть объяснено и другими причинами, их источниками могут являться вращающиеся с огромной скоростью пульсары или останки от взрывов сверхновых звезд определенных типов.

В своих исследованиях ученые из CfA произвели повторные анализы огромных массивов данных, собранных различными гамма- и рентгеновскими астрономическими инструментами. В этих анализах использовались новые алгоритмы, которые позволяют с более высокой точностью локализовать местоположение источников гамма-лучей. Это позволило ученых отбросить некоторые виды источников излучения, таких, как пульсары, которые обычно находятся в местах скопления звезд в рукавах галактик.

Полученное распределение гамм-излучения достаточно хорошо коррелирует с результатами некоторых имеющихся моделей, в которых фигурирует процесс аннигиляции темной материи. И если ученым удастся получить некоторые практически подтверждения их теории, то это станет одним из самых значимых прорывов в деле определения природы темной материи, доминирующего во Вселенной вида материи.

Источник