Журнал «Компьютерра» № 15 от 17 апреля 2007 года - Компьютерра

Это, конечно, не все технологии, задействованные на современных скоростных железнодорожных линиях TGV. Сами технологии разрабатывает целый научный штаб управляющих компаний Alstom и национального французского железнодорожного оператора SNCF, завершением очередных исследований которых и стал новый рекорд. АН

Ученые лаборатории структурной геномики из шведского медицинского университета Karolinska Institutet опубликовали трехмерную пространственную структуру одного из жизненно важных белков человека, которая может помочь в разработке новых противоопухолевых препаратов. Это будет уже четырехсотый белок, пространственная структура которого установлена упомянутой лабораторией, организованной как совместный проект нескольких научных учреждений.

Возникновение многих болезней вызвано неправильным функционированием белков организма, участвующих в важных биохимических реакциях. Сбои в работе белковых молекул обусловлены нарушениями их пространственной структуры, неверной укладкой полипептидных цепей. Такое нарушение может быть вызвано либо генетическими дефектами, либо внешними воздействиями. Чтобы разработать эффективный препарат для лечения ряда болезней, необходимо перевести белок в естественную форму или заставить его функционировать так, будто он «не сломался». Для этого (и не только) нужно знать пространственную структуру белковых молекул.

Изучением взаимосвязи структуры белков с их функциями занимались давно в рамках молекулярной биологии и биохимии. Но сегодня исследование всей совокупности белков организма (протеома) выделено в новое направление — протеомику. Молекулы белков, как правило, состоят из сотен и тысяч атомов, поэтому экспериментальное исследование структуры белка сопряжено с рядом технических трудностей. Кроме того, изучать структуру белка лучше в его естественной «среде обитания» — живом организме. Здесь все большее влияние приобретает новейшая область — вычислительная протеомика, возникновение которой напрямую связано с ростом производительности вычислительной техники и развитием методов параллельных вычислений. Последние особенно эффективны при моделировании поведения молекул в динамике, в среде растворителя. Вычислительная протеомика позволяет предсказать пространственную структуру белка исходя из его первичной структуры, то есть на основании последовательности аминокислот, и прогнозировать химические свойства протеинов на базе экспериментальных структурных данных.

Как экспериментальные, так и теоретические структурные исследования белков — очень наукоемкая и затратная область исследований. Примечательно, что шведы готовы свободно предоставить структурные данные по белкам человека всем заинтересованным ученым. Является ли благом этот акт душевной широты — вопрос спорный. Зная молекулярную структуру жизненно важных белков человека, с помощью тех же методов компьютерной химии можно разработать как лекарство, так и эффективнейшее химическое оружие. Шведские исследователи освобождают других ученых от самого длительного и сложного начального этапа на пути таких разработок — определения структуры «целевого» белка. Остается надеяться, что новые виды «атомной бомбы для бедных» на основе белковых структурных данных появятся не раньше, чем эффективные противоядия на основе этих же данных. ЕГ

Научная группа под руководством Хьюберта Мансвелдера (Huibert Mansvelder) из Университета Амстердама установила, что никотин благотворно влияет на передачу сигналов между нейронами головного мозга. Ученые сделали это открытие, проведя серию экспериментов с образцами мозга мышей. При этом была использована лобная область коры, которая содержит области, ответственные за обучение и память. Исследователи раскрыли важные детали воздействия никотина на распространение нервного импульса, которые помогут понять причины улучшения памяти с помощью этого вещества.

Одним из ключевых свойств межнейронного взаимодействия является интенсивность сигнала, с которой происходит передача импульса от одного нейрона к другому. Электрический сигнал между нейронами передается не напрямую, а с участием химических посредников — нейромедиаторов. При передаче сигнала от одной нервной клетки к другой первая клетка выделяет молекулы нейромедиатора в синаптическую щель — место контакта нейронных отростков. Нейромедиатор диффундирует через щель и проникает в отросток второго нейрона, который принимает сигнал и передает его дальше по цепи. Для передачи различных сигналов существуют различные нейромедиаторы: ацетилхолин, норадреналин, дофамин и ряд других. Ученые установили, что никотин усиливает активность рецепторов ацетилхолина в нейронах и тем самым улучшает память и способность к обучению. Кроме того, никотин действует на некоторые типы нейронов, которые ответственны за когнитивные способности.

Несмотря на все изыскания нидерландских ученых, не стоит думать, что курение помогает развить интеллект. Во-первых, вред от смол и продуктов их термического разложения в сигаретном дыму остается главной «скрытой угрозой», во-вторых, для эффективного задействования никотина в тканях мозга его, возможно, придется применять в сочетании с другими веществами-"доставщиками". Поэтому надпись «курение опасно для вашего здоровья» по-прежнему актуальна.

В целом работа группы Мансвелдера показала, что никотин способствует более «качественной» передаче сигнала в нервной системе и препятствует его рассеянию. Это может открыть путь к новым препаратам для лечения болезней Альцгеймера и Паркинсона. ЕГ

Ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) создали флуоресцентные наночастицы с формой, точно соответствующей всем 26 буквам латинского алфавита.

Проблемой микрописьма ученые развлекаются уже давно. Общеизвестны успешные попытки выкладывания различных надписей из отдельных атомов. Однако «атомная письменность» пока слишком дорога, а полученные письмена очень чувствительны к внешним воздействиям.

Полученные в UCLA нанобуквы сделаны из полимерного материала и находятся в жидком растворе. Перемещение частиц и выкладывание из них слов осуществлялось с помощью так называемых лазерных пинцетов, а разглядеть буквы можно в простой оптический микроскоп.

«Мы можем даже изменять шрифт букв. Если нужен, например, Times New Roman, мы сделаем это. Нами продемонстрирован эффективный метод создания микрочастиц точной формы и одинаковых размеров», — говорит один из авторов работы Томас Мэйсон (Thomas Mason). Этот метод может пригодиться не только для создания букв, но и более сложных блоков для узлов наномеханизмов. Именно в этом направлении двигается сейчас исследовательская группа «нанопервопечатников».

Так как буквы по размеру меньше многих живых клеток, то при проведении медицинских или биотехнологических исследований Мэйсон предлагает помечать разные клетки буквами, прикрепляя литеры на клеточную мембрану. Способ, конечно, оригинальный, вот только оправданный ли? В планах исследователей — создание крошечных насосов, простых двигателей и контейнеров, которые могут найти применение в медицине и сфере безопасности.

В последнее время многие визионеры хайтека высказывают озабоченность проблемой жесткой привязки информации к форматам современных носителей. Поэтому ученые ищут простой и надежный способ записи данных «прямым текстом» в компактной форме. Вполне вероятно, что буквы UCLA найдут применение и в этом непростом деле. ЕГ

Природа настолько сложна, что порой ученых удивляет не сложность, а простота какого-либо явления. Никого не смутит роскошная крона дерева неправильной формы, не поддающейся никаким закономерностям. Однако если где-то заметят дерево с незамысловатой кроной в виде куба, то наверняка ее фотография облетит все газеты.

Вот и в астрономии не без этого. Стоило зонду «Кассини» обнаружить в районе северного полюса Сатурна шестиугольник, как тут же поднялся шум. Правильная фигура представляет собой необъяснимое образование в атмосфере планеты, структура которого простирается по крайней мере на сто километров вглубь облаков. Занятно, что это явление нельзя считать игрой случая, на короткое мгновенье придавшего стройность хаотическому движению газов в атмосфере. «Вояджеры», довольно давно посетившие Сатурн, тоже зафиксировали часть этого шестиугольника, который, похоже, представляет собой долгоживущий объект. Никаких мыслей, объясняющих такую стройность форм, у астрономов нет, — особенно интересно, что на южном полюсе планеты ничего подобного не наблюдается. Шестиугольник шестой (!) планеты имеет поперечник в 25 тысяч километров, то есть в нем могли бы «утонуть» четыре таких шара, как земной. Удивительный объект расположен симметрично относительно северного полюса планеты, который является его центром.