Nowa metoda śledzenia obecności cząsteczek metali w mózgu
wykorzystująca nano
-obrazowanie

 

W chorobach neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Parkinsona i Alzheimera, często stwierdzano nadmiar cząsteczek żelaza w tkance mózgu. Naukowcy opracowali metodę śledzenia obecności cząsteczek metali w mózgu na poziomie subkomórkowym, zwłaszcza w organellach neuronów podatnych na te choroby. Poziom i dystrybucja cząsteczek żelaza w mózgu zwykle regulują podstawowe funkcje komórkowe, w tym oddychanie mitochondrialne, oraz przewodnictwo elektronowe. Jednak w szczególnie wrażliwych grupach neuronów rozregulowanie poziomu żelaza może być szkodliwe. Wady genetyczne wpływające na metabolizm cząsteczek żelaza powodują choroby mózgu, w tym chorobę Parkinsona i Alzheimera - obie związane z ich nadmiarem. Do tej pory nie istniała metoda umożliwiająca śledzenie śladowych pierwiastków z czułością i rozdzielczością w skali nanometrów. Zespół naukowców z LGL-TPE (Laboratoire de Géologie de Lyon: Terre, Plančtes et Environnement), Institut des Sciences de la terre (ISTerre) de Grenoble, ESRF i EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne) połączył techniki transmisyjnej mikroskopii elektronowej i synchrotronowej fluorescencji rentgenowskiej i wyznaczył rozkład i zawartości pierwiastków w tkankach szczura zaatakowanych chorobą Parkinsona. Eksperyment został przeprowadzony na linii pomiarowej ID16A w ESRF-EBS. Opracowana metoda będzie zastosowana również do analizy meteorytów i innych badań związanych z pochodzeniem życia na Ziemi i poza nią. W przyszłości można będzie badać również próbki z Marsa. Właśnie udostępnione źródło EBS zwiększy zarówno poziom wykrywalności pierwiastków jak i przestrzenną rozdzielczość ich rozkładu oraz zapewni jeszcze lepszą stabilność wiązki. Zachęcamy do eksperymentów wykorzystujących wszystkie te nowe możliwości ESRF-EBS.

Szczegóły znajdują się na stronie:
http://www.esrf.eu/home/news/general/content-news/general/new-nanoimaging-method-traces-metal-presence-in-parkinsons-brain.html

Wyniki zostały opublikowane w Communications Biology 3 (2020) 364
DOI: 10.1038/s42003-020-1084-0

 

 

 

 

Cząsteczki metali z implantów
wnikają do kości i szpiku kostnego

 

Implanty metalowe są często stosowane w medycynie do wzmocnienia lub zastępowania zdegenerowanych tkanek. Po wszczepieniu pacjentowi sztucznego stawu następuje reakcja organizmu na ciało obce i tworzenie tkanki włóknistej wokół implantu. Do tej pory zakładano, że wystarczająco izoluje ona implant od otaczającej tkanki. Badania naukowców ze szpitala Charité w Berlinie zmieniły ten pogląd. Rezultat badań jest wynikiem współpracy fizyków, biologów, lekarzy, chemików i toksykologów. Naukowców zaniepokoił fakt, że komórki kości, w której umieszczono implant, traciły zdolność tworzenia nowej tkanki i chcieli dowiedzieć się dlaczego. Przypuszczano, że metale takie jak chrom i kobalt mogą gromadzić się w organizmie i jak powszechnie wiadomo w pewnych stężeniach mogą stać się toksyczne, co może prowadzić do utraty masy kostnej. Zbadano więc rozmieszczenie w sąsiadującej kości i szpiku kostnym metali uwalnianych ze sztucznych stawów, takich jak kobalt, tytan i chrom. Pomiary fluorescencji rentgenowskiej (XRF) próbek zostały wykonane na liniach pomiarowych ID21 i ID16B w ESRF. Dzięki tej unikatowej aparaturze można było zbadać lokalizację, rozmiar i kształt nanowydzieleń metali z wyjątkową rozdzielczością w mikro- i nano- skali. Wykazane w tych badaniach uwalnianie metalowych cząsteczek z implantów może nie tylko prowadzić do przedwczesnego uszkodzenia sztucznego stawu, ale także mieć konsekwencje ogólnoustrojowe i zaburzać odporności organizmu. Otrzymane wyniki dostarczają nowych informacji na temat kinetyki toksyczności metalowych implantów i pomagają lepiej zrozumieć rozwój patologii związanych z implantami. Przeprowadzone badania niepodważalnie pokazują znaczenie i wagę dużej infrastruktury badawczej, takiej jak ESRF, dla społeczeństwa i dla zdrowia poszczególnych pacjentów.

Szczegóły znajdują się na stronie:
http://www.esrf.eu/home/news/general/content-news/general/metal-particles-of-implants-penetrate-into-the-bone-marrow.html

Wyniki zostały opublikowane w Advanced Science (2020) 2000412
DOI: 10.1002/advs.202000412

 

 

 

 

Enzym rozkładający plastik
 

Zespół naukowców z Instytutu Biotechnologii w Tuluzie i start-up Carbios opracował nowy enzym, który w kilka godzin rozkłada plastik. PET (Politereftalan etylenu) jest najbardziej rozpowszechnionym tworzywem poliestrowym, produkowanym na całym świecie w ilości niemal 70 milionów ton rocznie. Główny proces recyklingu PET za pomocą środków termomechanicznych powoduje utratę właściwości mechanicznych tworzywa co ogranicza możliwości ponownego wykorzystania. Zespół przeprojektował enzym opracowany przez Japończyków w 2012 roku, który rozkładał polimer na monomery, które można ponownie wykorzystać. Nowy enzym ma znacznie większą aktywność oraz właściwości stabilizujące temperaturę. Nie znana była jednak struktura tego enzymu. Zespól zebrał dane z setek kryształów na linii ID30B w ESRF i na synchrotronie ALBA i rozwiązał strukturę nowego enzymu. Umożliwi to produkcję na masową skalę. Nowy enzym może depolimeryzować wszystkie odpady tworzyw sztucznych PET w niezwykle skuteczny sposób. Jego użycie zwiększa wydajność degradacji odpadów PET z 1% w ciągu kilku tygodni do 90% w ciągu 10 godzin (Nature 580 216).

Szczegóły znajdują się na stronie: https://www.esrf.eu/home/news/general/content-news/general/scientists-create-a-plastic-eater-enzyme-that-breaks-down-plastic.html

Wyniki zostały opublikowane w Nature 580 (2020) 216–219
DOI: 10.1038/s41586-020-2149-4

 

 

 

 

Modyfikacja kwitnienia i wzrostu roślin
 

Widok kwitnących drzew w środku zimy nie jest już niczym niezwykłym. Rośliny są bardzo wrażliwe na otaczające je środowisko i rozpoznają zmiany temperatury nawet o kilka stopni. Nieznaczne wzrosty temperatury spowodowane globalnym ociepleniem powodują, że kwitną one coraz wcześniej. Może to prowadzić do wielu negatywnych skutków dla dzikich i uprawnych roślin, w tym do zmniejszenia produkcji nasion, mniejszych i nielicznych owoców i zmniejszonej biomasy. Dlatego zrozumienie, w jaki sposób rośliny postrzegają i reagują na temperaturę, staje się coraz ważniejsze. Trzybiałkowy kompleks zwany Evening Complex (EC) reguluje wzrost rośliny w zależności od temperatury.  Do tej pory naukowcy nie rozumieli w pełni roli każdego z białek i jak łączą się one z DNA. Zespół z CNRS/ CEA/ UGA zbadał ten kompleks na liniach ID23-2 and ID29 krystalografii makromolekularnej w ESRF. Poznanie roli każdego z białek i mechanizmów ich działania otwiera możliwość zmiany reakcji roślin na zmiany środowiskowe. Naukowcy zaprojektowali mutację jednego z białek co spowodowało szybszy wzrost rośliny i wcześniejsze kwitnienie w niższej temperaturze. Obecnie, gdy obserwujemy realne zmiany klimatu, zmiany w kompleksie EC mogą być sposobem na dostosowanie kwitnienia i wzrostu roślin do warunków klimatycznych.

Szczegóły znajdują się na stronie: https://www.esrf.eu/home/news/general/content-news/general/scientists-find-a-way-to-tune-the-circadian-clock-of-plants.html

Wyniki zostały opublikowane w PNAS 117 (12)  (2020) 6901-6909
DOI: 10.1073/pnas.1920972117

 

 

 

 

Niebezpieczny tatuaż
 

Badania oparte na danych uzyskanych w ESRF wykazały, że igły używane przy tatuażu mogą się ścierać podczas zabiegu i wprowadzać do wnętrza ciała toksyczne metale. Ścieranie jest spowodowane przez atramenty zawierające dwutlenek tytanu, który ma właściwości ścierne.

Dwa lata temu Hesse i współpracownicy udowodnili prowadząc eksperymenty na liniach ID21 i ID16B w ESRF, że nanocząstki obecne w atramencie używanym podczas tatuażu mogą migrować do węzłów chłonnych, odpowiedzialnych za odporność organizmu (patrz ESRFnews grudzień 2017, s. 7).  Zwróciło to uwagę na niebezpieczeństwo związane z robieniem tatuaży. Pojawiło się również pytanie, czy cząsteczki zawierające: żelazo, chrom i nikiel są obecne w zwykłych tuszach używanych do tatuażu. Naukowcy z Niemieckiego Federalnego Instytutu Oceny Ryzyka,  po przeanalizowaniu wyników eksperymentu doszli do wniosku, że wprowadzone metale nie pochodziły z atramentów, tylko  z igły.

Skrót artykułu z wydawnictwa: “ESRFnews” - December 2019

 

 

 

 

Dawno dawno temu, w środowisku daleko daleko stąd…


Kokolitofory (Coccolithophores) co prawda nie są stworzeniami z filmów Gwiezdne Wojny, ale mają pewne fantastyczne cechy: wyewoluowały około 220 milionów lat temu i zamieszkują w większości niewidoczny, mikroskopijny świat oceanicznych glonów. Dzięki spójnemu rentgenowskiemu obrazowaniu dyfrakcyjnemu (CXDI) w ESRF, naukowcy z Francji byli w stanie zobaczyć je w 3D z rozdzielczością około 30 nm. Obrazy te pokazują po raz pierwszy jakie właściwości środowiska determinują ich masę i potwierdzają możliwość użycia tych jednokomórkowych stworzeń jako miernika zakwaszenia oceanu.

Kokolitofory znajdują się na dnie oceanicznego łańcucha pokarmowego, zjadane są przez małe skorupiaki, którymi z kolei żywią się ryby. Odgrywają one również ważną rolę w cyklu węglowym: z jednej strony absorbują CO2 w trakcie fotosyntezy, a drugiej strony emitują CO2, wytwarzając węglan wapnia poprzez ekstrakcję dwuwęglanu z wody. W wyniku tego procesu powstają ich unikatowe muszelki, formowane z kokolitów (coccolith) – blaszek wapiennych. Naukowcy są przekonani, że na wapnienie kokolitoforów wpływa prawdopodobnie zakwaszenie oceanów związane ze zmianami klimatycznymi, aby zrozumieć, w jaki sposób, muszą wyznaczyć ich indywidualne masy.

W przeciwieństwie do mikroskopii w świetle spolaryzowanym, która była używana wcześniej do określania masy poszczególnych kokolitów, CXDI może obrazować cechy morfologiczne w pojedynczych muszelkach i wzdłuż dowolnej osi. Analizując dane CXDI zmierzone na linii ID10 w ESRF dla siedmiu gatunków kokolitoforów, zespół naukowców z CNRS, University of Le Mans, University of Sorbonne, Aix-Marseille University i ESRF wykazał, że masa poszczególnych kokolitów jest proporcjonalna do wzorca komórkowego, wokół którego zarodkują (Nat. Commun. 10 751). Paleontolog i członek zespołu Luc Beaufort z Aix-Marseille University uważa, że pozwala to ocenić stopień zakwaszenia oceanu. „To pokazało, że wielkość i masa kokolitów zależy od warunków w środowisku już na bardzo wczesnym etapie rozwoju komórki” powiedział. „Masa jest zatem dobrym wskaźnikiem, ponieważ jest odpowiedzią  fizjologiczną  na środowisko”.

Skrót artykułu z wydawnictwa: “ESRFnews” - March 2019