Антибиотики не могут справиться с пещерными бактериями

Ученые обнаружили, что микробы, которые более 4 миллионов лет находились в изоляции от внешнего мира, оказались устойчивы к самым современным антибиотикам. Работаопубликована в журнале PLoS ONE.

Биологи исследовали бактерии из одной из самых глубоких в мире пещер Lechuguilla, находящейся в штате Нью-Мексико, США. Она была открыта в 1986 году и с тех пор доступ в нее был закрыт для посторонних. Пещеру обследовали только очень немногие специалисты. Кроме того, пещера защищена мощными горными породами. Воде, чтобы просочиться сквозь них требуется около 10 тысяч лет. Таким образом, обитающие там пещерные бактерии были полностью изолированы от антибиотиков, произведенных человеком за последние 80 лет.

Ученые отбирали образцы микробов из дальних уголков 200-километровой пещеры (они следили за тем, чтобы поблизости от точек отбора не было следов присутствия других исследователей). После отбора бактерий выращивали на питательных средах и проверяли на устойчивость к 26 известным антибиотикам.

Оказалось, что большинство найденных бактерий обладают устойчивостью хотя бы к одному из антимикробных веществ. Многие обнаружили одновременную устойчивость к совершенно разным соединениям. Среди них были вещества, действующие на разные жизненно важные функции микробов - синтез белка, ДНК, строительство клеточной стенки. Вещества, действующие на разные внутриклеточные мишени не имели между собой ничего общего, тем не менее многие из пещерных микробов имели множественную устойчивость.

Четыре штамма пещерных бактерий оказались устойчивы к 14 из 26 испробованных учеными антибиотиков. Среди исследованных микробов ученые нашли даже такие, что были устойчивы к даптомицину - последнему средству при лечении от инфекций с множественной устойчивостью. Среди способов, с помощью которых бактерии не давали антибиотикам себя убивать, нашлись и такие, которые до сих пор были не известны микробиологам. Ученые обнаружили у бактерий новые виды ферментов, разрушающих и “портящих” антимикробные вещества. К счастью, среди пещерных бактерий не было вызывающих болезни штаммов.

Авторы считают, что результаты находки прежде всего говорят о том, что устойчивость к антибиотикам не является исключительно следствием деятельности человека. Конечно, существуют данные, что в окружающей среде количество устойчивых бактерий с начала промышленного производства антибиотиков существенно выросло. Однако, это не значит что сами механизмы устойчивости были изобретены микробами только в последние 80 лет. Во-первых, устойчивость - оборотная сторона производства, ведь производитель должен быть устойчив к своим собственным антибиотикам. Во-вторых, бактериальным сообществам гораздо больше лет чем человечеству, и, видимо механизмы устойчивости были выработаны очень давно.

Остается только вопрос об отборе, который поддерживал в изолированных бактериальных сообществах устойчивость к редким антибиотикам и не давал исчезнуть ее генам.

Генетики заставили бактерии производить спирт из макроводорослей

реобразованные кишечные палочки научились напрямую конвертировать бурые водоросли в этанол, притом с хорошей эффективностью. В перспективе это достижение позволит перенести задачу получения сырья для биотоплива от наземных ферм к морским.

Исследователи из калифорнийской компании Bio Architecture Labнаучили бактерии преобразовывать нужным людям образом полисахарид альгиновую кислоту (альгинат), в большом количестве содержащийся в водорослях.

Cтатья в Science, посвящённая новой работе, удостоилась обложки номера.

Как передаёт Green Car Congress, используемые сейчас в промышленности микробы не могут усваивать это вещество. А ведь около 60% сухой биомассы водорослей — это различные сахара, и при этом более половины из них – тот самый альгинат.

Первый кусок мозаики генетики получили от некой бактерии из рода Pseudoalteromonas. Заимствованные у неё гены отвечают за сборку фермента альгинат-лиазы, расщепляющего полисахарид на несколько частей — олигомеров.

Генетически модифицированная бактерия выделяет этот фермент на своей поверхности. Здесь происходит первый этап усвоения водорослей.

Дальше биологи из Bio Architecture Lab воспользовались собственным открытием. Они идентифицировали у вибрионаVibrio splendidus солидный фрагмент ДНК длиной 36 тысяч пар оснований, который отвечает за синтез ферментов, необходимых для транспорта и метаболизма данных олигомеров.

Новые ферменты помогают преобразованному микробу переправить разрозненные кусочки бывшего полисахарида внутрь клетки.

Другие гены от V. splendidus заставляют клетку выполнить целую цепь химических реакций. И как финальный штрих – ещё заимствованные гены, на этот раз от бактерии Zymomonas mobilis. Они окончательно превращают промежуточные вещества в этанол.

Для любителей покопаться в деталях приводим цепочку превращений, выполняемых трудолюбивой бактерией (иллюстрация Adam J. Wargacki et al./ Science).

Авторы работы сообщают, что выход спирта по весу составил 0,281 от массы сухих водорослей и что это эквивалентно примерно 80% от максимального теоретического производства этанола из сахара, содержащегося в макроводорослях.

Команда отмечает, что бурые водоросли не содержат лигнин, а потому их сахара могут быть освобождены при помощи простой перемолки биомассы. Ещё плюс — культивирование водорослей не требует пахотных земель, удобрений, пресной воды и не ставит людей перед дилеммой – отдавать выращенные растения на топливо или использовать как пищу.

Исходя из возможного темпа роста водорослей и КПД преобразования их в жидкое топливо, авторы технологии оценивают возможную производительность морских ферм как 19 тысяч литров этанола с гектара в год. А это примерно вдвое больше, чем соответствующий показатель для сахарного тростника, и в 5 раз выше, чем у кукурузы.

via

Принцип Ландауэра проверен впервые

  Исследование связи термодинамики и теории информации помогает учёным определить физический лимит эффективности необратимых вычислений, следовательно, работы классических компьютеров (иллюстрация с сайта physicsworld.com).

Физикам удалось измерить минимальное количество тепла, рассеиваемого системой при стирании одного бита информации. Опыт имеет прямое отношение к подтверждению второго начала термодинамики, поиску границ эффективности компьютеров и способов обхода этих пределов.

Выдающийся эксперимент провели исследователи из трёх университетов Франции и Германии. Они построили ячейку памяти на основе микроскопической коллоидной частицы и впервые измерили энергию, безвозвратно рассеиваемую в окружающую среду при уничтожении информации в ней. Это количество тепла оказалось близким к значению, предсказанному 51 год назад.

Рассеиваемое схемой тепло определяет минимум мощности, необходимой данной машине для работы. Этот предел (по теории он составляет примерно 10^-21 Дж на каждый стираемый бит) определяется принципом Ландауэра, являющимся своеобразным отражением второго закона термодинамики и закона неубывания энтропии.

В соответствии с ними необратимое стирание информации является диссипативным процессом.

В самом деле, если в начале опыта мы имеем ячейку, которая с равной вероятностью может содержать 0 или 1, у нас имеется некая ненулевая энтропия (мера беспорядка).

Если далее мы сотрём информацию, переведя значение бита в 1, вне зависимости от исходного его состояния, энтропия ячейки памяти станет равной нулю (у нас ведь появляется полная определённость). При этом информация разрушается, поскольку у нас нет возможности узнать предыдущее значение ячейки (перезапись бита куда-либо – не считается).

По законам термодинамики эта потерянная энтропия должна быть передана внешней среде в виде тепла. Однако измерить его на опыте было очень сложно, так как речь идёт об очень малой величине.

Этот подвиг и удалось совершить французским и немецким экспериментаторам. Как повествует Physics World, они взяли кварцевую бусинку диаметром два микрометра и поместили её в воду.

На бусинку был направлен лазерный луч оптического пинцета. При этом свет был отрегулирован так, что были созданы две потенциальные ямы, в которые мог свалиться этот шарик. Условно они были названы «левая» и «правая». Им присвоили логические значения 0 и 1.

Бусина в двойной оптической ловушке. По вертикали показан энергетический потенциал ям, по горизонтали – смещение шарика. Видно, как учёные могут влиять на поведение бусинки, меняя высоту центрального барьера и глубину двух потенциальных ям справа и слева от него (иллюстрация Antoine Bérut et al./ Nature).

Управляя глубиной каждой из ям по отдельности, а также высотой барьера между ними, учёные могли влиять на вероятность нахождения бусинки в правом или левом положении, а значит — записывать в ячейку информацию и стирать её.

Так, если барьер был невелик, хаотичное тепловое движение могло перебрасывать бусину из одного положения в другое с равной вероятностью, далее если яма «1» делалась глубже, чем яма «0», то бусина с большей вероятностью попадала в правое положение. Теперь можно было тут же увеличить высоту энергетического барьера и зафиксировать это новое состояние ячейки памяти.

За всеми перемещениями шарика следила высокоскоростная камера, показания которой и помогли вычислить тепловую энергию, передаваемую от движущегося шарика воде (за счёт сил трения) в момент перескока из одной потенциальной ямы в другую.

Экспериментаторы провели этот опыт сотни раз с разными значениями времени перехода шарика из одной позиции в другую. Полученные данные оказались хорошо согласованными с принципом Ландауэра. (Подробности опыта изложены в Nature.)

Это достижение поможет прояснить сразу несколько вещей. Во-первых, таким путём физики пытаются понять, что будет происходить по мере снижения размеров частей микросхем и приближения их к масштабу, на котором затрачиваемая мощность будет сравнима по порядку с тепловыми флуктуациями.

Во-вторых, опыт поможет взглянуть свежим взглядом на попытки обойти лимит Ландауэра. А тут намечается несколько путей.

Например, учёные рассуждают о возможности организовать обратимые вычисления (Reversible computing), в которых энтропия всей системы не возрастает.

Кроме того, не так давно теоретики показали, что в квантовых компьютерах стирание битов может приводить к отрицательным значениям энтропии ячейки и охлаждению системы, вместо рассеивания тепла. Этот трюк является в некотором роде обходом принципа Ландауэра.

Наконец, как атаку на второе начало можно восприниматьреализованный японцами полтора года назад двигатель Сциларда (он же – вариация демона Максвелла), который превращает информацию в энергию. Правда, законы термодинамики и тут устояли, несмотря на работоспособность системы.

Японцы построили дальнобойный электромобиль

Пятиместный хэтчбек SIM-WIL выглядит странно даже на фоне многих спорных творений японских дизайнеров. Но эстетика разработчиков волновала мало. В первую очередь они стремились обеспечить минимальное аэродинамическое сопротивление.

Сочетание эффективных двигателей с ёмкой батареей позволило добиться для аппарата по имени SIM-WIL солидного запаса хода – 351 километр. Сравните это с номинальными 175 км у серийной пятидверки Nissan Leaf или 150-160 км у крохи Mitsubishi i-MiEV.

В конце марта корпорация SIM-Drive, дочерняя компания университета Кейо (Keio University), вывела в свет своё новое творение: электромобиль, который по запасу хода способен поспорить с большинством аналогов, присутствующих ныне на рынке.

Как водится у электромобилей, SIM-WIL использует шины с низким сопротивлением качению. Вес конструкции инженеры тоже постарались снизить, хотя тяговые аккумуляторы всё равно сделали машину тяжелее бензиновых одноклассников. Но настоящая изюминка проекта – четыре мотор-колеса собственной разработки, передаёт Autoblog Green.

Такие агрегаты были испытаны ещё в университете, построившем в 2004 году сногшибательную восьмиколёсную «Элиику», в 2005-мразвившую 370 километров в час. Лидер того проекта, профессор Хироси Симидзу (Hiroshi Shimizu), ныне является президентом SIM-Drive (название компании и технологии привода как раз означает Shimizu In-wheel Motor-Drive).

Инженеры постарались перенести максимум начинки в платформу. В данном случае это слово означает не только набор агрегатов, но и пространственную стальную раму с двойным полом. Внутри этого плоского сэндвича прячутся батареи и вся силовая электрика и электроника. А мотор-колёса с внешним ротором позволили отказаться от какой-либо трансмиссии (иллюстрации SIM-Drive. ecofriend.com).

В длину новичок насчитывает 4150 мм, в ширину 1715, а в высоту 1550 миллиметров. Весит электромобиль 1580 килограммов. Его максимальная скорость достигает 180 км/ч, разгон с места до 100 км/ч занимает 5,4 секунды. В японском цикле JC08 аппарат расходует 99,7 Вт-ч/км. Время «заправки» от быстрого зарядного устройства стандарта CHAdeMO составляет 3 часа, а от бытовой розетки (200 В) – 12 ч.

Электромобиль SIM-WIL является развитием предыдущего прототипа по имени SIM-LEI, который на одной зарядке пробегал до 333 километров. Интересно, что он использовал тяговый аккумулятор заметно меньшей ёмкости, чем нынешний образец (24,9 кВт-ч против 35,1 кВт-ч) и был даже более эффективным в плане расходования электроэнергии.

К сожалению, салон первой модели не мог похвастать простором. Ради задних пассажиров в новой генерации своего электрокара SIM-Drive нарастила ширину кузова на 11 сантиметров, а длину, напротив, сократила на 53 сантиметра. «Хвост» подрезали дабы упростить парковку.

В развитии проекта SIM-Drive помимо самой компании принимают участие ещё 34 промышленных партнёра. Среди них можно увидеть такие известные имена, как PSA, DuPont, Dassault Systems, Hitachi и Bosch. Это позволяет надеяться, что разработка профессора Симидзу дойдёт до конвейера. Японцы планируют начать продажи этой модели в 2014 году.

Кстати, кроме легковушки на основе технологии SIM-Drive компания построила восьмиколёсный автобус. Его, как и модель-предшественницу SIM-LEI (белый автомобиль), можно увидеть в ролике ниже.

Генетический "Прорыв" - создана синтетическая ДНК!

Ученым Кембриджского университета удалось создать синтетический генетический материал, который может полноценно развиваться и хранить информацию на протяжении многих поколений так же, как это делает ДНК.

Такой прорыв в генетике, как ожидается, позволит усовершенствовать исследования в области медицины и биотехнологий, а также позволит ученым лучше понять процесс зарождения жизни на Земле путем появления первых молекул миллиарды лет назад.

Кроме того, создание искусственной модели ДНК поможет исследователям создавать новые формы жизни в лабораторных условиях.

Специалисты в лаборатории MRC Laboratory of Molecular Biology в Кембридже, разрабатывают химические процедуры, чтобы включить ДНК и РНК, молекулярные основы всех известных форм жизни, в шесть альтернативных генетических полимеров называемых - XNA.

Процесс заключается в обмене дезоксирибоза и рибоза (в ДНК и РНК) для других молекул. Было установлено, что XNA может образовать двойную спираль ДНК, и быть более стабильными, чем природный генетический материал.

В журнале Science исследователи описывают, как они заставили один из XNA закрепиться в белке - способность, которая могла бы означать, что полимеры могут быть использованы как препараты, работающие как антитела.

Филипп Холлиджер, старший автор исследования, сказал, что работа доказала, что два отличительных признака жизни – наследственность и развитие – содержатся в XNA, следовательно, соединения XNAявляются возможными альтернативами использования естественному генетическому материалу.

Витор Пинейро, соавтор эксперимента, сказал, что исследование могло бы помочь ученым узнать, как ДНК и РНК стали настолько критическими в развитии жизни, и, возможно, даже помочь в поиске внеземных организмов. "Если генетическая система не должна быть основана на ДНК и РНК, что тогда Вы определяете как жизнь? Как Вы ищете жизнь?" спрашивает он.

В сопровождающей статье Джеральд Джойс, из Научно-исследовательского института Scripps в Ла-Хойе, Калифорния, говорит, что исследование объявляет "эру синтетической генетики с применениями для экзобиологии (науки имеющей дело с внеземной жизнью), биотехнологии и понимании жизни непосредственно". Он добавляет: "Строительство генетических систем, основанных на альтернативных химических платформах, может, в конечном счете, привести к синтезу новых форм жизни".

По материалам:
Vestinauki.ru

"Квантовый шум" вакуума помогает в генерации случайных чисел!

В свое время считалось, что в вакууме ничего нет, абсолютно ничего. Никаких частиц, никаких звуков, только пустота и темнота. Но ученые, благодаря открытиям из области квантовой физики, обнаружили,

что вакуум постоянно "кипит", во всем объеме, даже в абсолютной пустоте, спонтанно появляются и исчезают субатомные частицы. Этот факт не значит многого, если Вы не ученый-физик, и Вы не собираетесь создавать быстрый и надежный генератор случайных чисел, коэффициент вырождения которого стремится к бесконечно малой величине.

Используя ливень элементарных частиц, возникающих и исчезающих в вакууме, ученые из Австралийского Национального университета создали самый быстрый генератор случайных чисел. С помощью лазера было создано устройство, способное услышать шум "ливня" элементарных частиц, который стал генератором энтропии для алгоритма генерации случайных чисел. При этом последовательность получаемых случайных чисел действительно случайна, т.е. имеет весьма и весьма низкое значение коэффициента вырождения, что может использоваться в тысячах различных задач в области криптографии, шифрования, информационных технологий, компьютерного моделирования и в других сложных задачах.

Большая часть существующих генераторов случайных чисел основана на сложнейших программных алгоритмах. Несмотря на их сложность, алгоритм остается всегда алгоритмом, и если знать функцию и начальные условия работы этого алгоритма можно точно повторить его работу. Другими словами, получаемые с помощью таких алгоритмов случайные числа не совсем случайны, просто они изменяются по закону, неизвестному конечному пользователю.

Но шум вакуума действительно случаен, и это гарантируется теорией квантовой физики, поэтому ряд чисел, получаемый с помощью квантового генератора, абсолютно случаен и непредсказуем. Измеряя шумы вакуума можно генерировать миллиарды числовых значений в секунду, и все, что мешает ученым затопить весь информационный мир случайными числами - это пропускная способность их интернет-каналов.

А для тех, кто нуждается в собственном ряде случайных чисел, сгенерированном новым квантовым генератором, ученые Австралийского университета создали специальный Веб-сервис, который доступен по этому адресу.



По материалам:

dailytechinfo.org

Конкурент iPhone 5 выйдет 3 мая!

Компания Samsung назвала дату премьеры долгожданного смартфона Galaxy S III. Презентация потенциального соперника Apple iPhone 5 пройдет 3 мая на пресс-конференции в Лондоне.

Об этом пишет The Daily Telegraph со ссылкой на приглашение для журналистов. Однако из приглашения неясно, собираются ли корейцы показать одного преемника Galaxy S II или сразу несколько новинок из "галактической" серии.

Достоверной информации о начинке смартфона по-прежнему нет. По многочисленным слухам, диагональ дисплея у новинки вырастет с 4,3 дюйма у Galaxy S II до 4,6 и сравняется по размеру с действующим "флагманом" Samsung, Galaxy Nexus. Другими новшествами могут стать улучшенная камера с 16-мегапиксельной камерой и технология индуктивной зарядки, которая позволит восполнять запас аккумулятора без проводов.

Также не исключено, что Galaxy S III будет поддерживать "модные" технологии LTE (для скоростного Интернета) и Near Field Communication (NFC) для бесконтактных платежей и обмена данными. В состав начинки гаджета могут войти четырехъядерный процессор с частотой 1,5 ГГц, 1 ГБ оперативной и 32 ГБ флеш-памяти.

Galaxy S II является одним из самых популярных Android-смартфонов в категории дорогих устройств. Он был выпущен в апреле 2011 года, и до сих пор получает обновления до самой современной версии "гугловской" ОС. Помимо многочисленных смартфонов, в "галактическую" линейку Samsung входят "мини-планшет" Galaxy Note, а также планшетники Galaxy Tab с диагоналями 7, 8,9 и 10,1 дюйма.

По материалам:
vesti.ru