Создано первое наноустройство, способное взвешивать отдельные молекулы
Физики из Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology - Caltech) создали первое наноустройство, способное взвешивать отдельные биомолекулы. Эта технология может привести к появлению новых способов молекулярной идентификации, более дешевых и быстрых, чем ныне существующие, а также к созданию революционных приборов для протеомики (proteomics, так называется новейшая отрасль науки, занятая изучением (инвентаризацией) белков и их взаимодействия в живых организмах (в том числе и в человеческом); важнейшей целью протеомики считается значительное ускорение разработки лекарственных средств).
Согласно заявлению Майкла Роукеса (Michael Roukes), профессора прикладной физики и биоинженерии из Калтеха и директора недавно основанного Института нанотехнологий (Caltech's Kavli Nanoscience Institute), возглавляемой им группе удалось создать принципиально новый измерительный наноразмерный прибор для применения в медицинских и научных исследованиях.
Устройство носит наименование "наноэлектромеханического резонатора" - оно изготовлено в виде крошечного камертона длиной порядка микрона и шириной около ста нанометров (миллимикрон), который начинает колебаться со своей собственной строго определенной частотой в том случае, когда на него оказывается соответствующее воздействие. Точно также, как и любой "макроскопический" колокол, колеблющийся и порождающий звук определенной частоты в зависимости от своего размера, формы и состава материала, из которого его изготовили, крошечный камертон тоже обладает своей собственной основной частотой механических колебаний, хотя его "тональность" столь экзотична, а взятая им "нота" столь высока, что получаемые частоты лежат уже в микроволновой области.
Исследователи собрали электросхему, перед которой ставилась задача непрерывно возбуждать и контролировать частоту вибрирующей полоски. Периодически срабатывал затвор - заслонка размыкалась, чтобы подвергнуть весь этот "нанодевайс" воздействию (экспонированию) пучком атомов или молекул: в данном случае это едва уловимое "распыление" атомов ксенона или молекул азота. Наноустройство предварительно охлаждалось, поэтому молекулы благополучно конденсировались на полоске и присовокупляли к ней свою массу, таким образом неизбежно понижая ее частоту. Другими словами, механические колебания нагруженного "более массивного" наноустройства становились как бы немного ниже тоном - подобно тому, как на какой-нибудь гитаре или в пианино более толстые и тяжелые струны издают более низкие ноты. Поскольку в условиях современной физической лаборатории частота может быть измерена с чрезвычайной точностью, исследователи тем самым получили возможность отслеживать самые мельчайшие изменения в общей массе наноустройства, выявляя суммарный вес "налипших" атомов или молекул.
Роукес говорит, что текущее поколение этих устройств чувствительно к массе порядка нескольких зептограмм (10-21 г), то есть тысячных долей аттограмма или миллиардных триллионных грамма. В их экспериментах это соответствовало приблизительно тридцати атомам ксенона, а это уже типичная масса отдельной белковой молекулы.
"Мы надеемся трансформировать эту технологию в систему, основанную на чипах, которые могли бы отбирать и идентифицировать специфические молекулы, одну за другой, различая, например некоторые типы белков, выделяемых на очень ранних стадиях развития раковой опухоли, - поясняет Роукес. - Фундаментальная потребность в идентификации этих белков вызвана необходимостью сортировать миллионы проходящих молекул, чтобы выполнить нужное измерение. Требуется квалифицировано и надежно проводить этот отбор, сравнимый с поисками иглы в стоге сена, - ведь 95 процентов белков в крови не имеют никакого отношения к раку".
Новый метод мог бы в конечном счете разрешить проблему создания батарей микрочипов, каждый из которых обладает своим миниатюрным масс-спектрометром, предназначенным для идентификации молекулы, исходя из ее веса. В настоящее время высокопроизводительные исследования в области протеомики зачастую выполняются на базе крупных и дорогих установок, которые занимают целую лабораторию и могут стоить свыше миллиона долларов каждый. Будущие же наносистемы будут стоить несравненно меньше, а целая батарея из них поместится на одном рабочем столе.
Источник:
Caltech Physics Team Invents Device For Weighing Individual Molecules - Caltech Press Release
Обсудить
Справка
Протеомика
Название этой науки, родившееся в 1995 году, происходит от слияния двух терминов: "PROTEins" и "genOMe". Протеомика занимается инвентаризацией белков в клетке. Центр постгеномных исследований перенесен в область инвентаризации и выяснения протеомной карты человека. Задача протеомики достаточно сложна. Если геномная карта одинакова для всех клеток человека, то каждая клетка, ткань, биологическая жидкость должна иметь собственную протеомную карту. В основе протеомики лежат три методических подхода:
1 - двухмерный электрофорез, используемый для разделения белков и их первичной идентификации;
2 - масс-спектрометрия, основной метод протеомного анализа, используемый для идентификации белков и их секвенирования;
3 - биоинформатика, необходимая для обработки полученной информации.
Задачами протеомики является анализ белка, выявление его структуры, последовательности, соотнесение с банком данных, получение рентгеновских снимков.
Медицинские аспекты протеомики уже сейчас вышли на первое место. С помощью методов, используемых при проведении протеомных исследований, можно выявить диспропорцию белков в патологически измененных тканях.
Биоинформатика - это путь от гена к лекарству через структуру макромолекулы. Если есть геном, его можно разметить и найти границы гена не при помощи клонирования отдельных генов, а с помощью определенных компьютерных программ. Если есть последовательность белка, можно перейти к пространственным структурам и функциям. На основании пространственных моделей можно сконструировать определенные лекарства.
"Протеомика, геномика и биоинформатика - науки о жизни XXI столетия"
Статьи по теме
Создано первое наноустройство, способное взвешивать отдельные молекулы
Эта технология может привести к появлению новых способов молекулярной идентификации, более дешевых и быстрых, чем ныне существующие, а также к созданию революционных приборов для протеомики.
Новые машины превратят наши дома в мини-фабрики
Суперпринтеры- репликаторы, которые способны "напечатать" самые разнообразные применяемые в повседневном быту вещи - от чашки до кларнета, - причем очень быстро и дешево, могут появиться едва ли не в каждом нашем доме в самые ближайшие годы. Изготовление многих нужных вещей в домашних условиях позволило бы уменьшить их стоимость до нескольких фунтов, при этом можно было бы забыть про огромные фабрики и многочисленные магазины.
Наука-2004: марсоходы, хоббиты, пульсары, конденсат из фермионов...
Традиционный перечень журнала Science включает десятку наиболее ярких достижений науки уходящего года. Первое место в новом рейтинге заняли итоги исследования марсианской поверхности с помощью бортовой аппаратуры американских марсоходов-роверов Spirit и Opportunity, а также европейской орбитальной станции Mars Express.
Королевский астроном, известный фантаст и принц пугают нас приближающимся апокалипсисом
Выдающийся британский ученый считает, что в настоящее время шансы близкого всемирного апокалипсиса стремительно возросли и составляют примерно 50 на 50. Впрочем, как-то сомнительно, что этот довольно пессимистический взгляд на окружающую нас действительность станет основой для букмекерских ставок.
В космос отправятся пряничные корабли
Кремниевый микроробот величиной в половину диаметра человеческого волоса, снабженный "ножками" из живой сердечной мышцы, начал ползать по лаборатории Лос-Анджелеса. Это первый случай, когда удалось использовать мускульные усилия для движения микромеханического устройства. Теперь предполагается спроектировать работающий на мускульной энергии микромеханизм, который сможет искать и латать пробоины от микрометеоритов на космических кораблях.
Шагающий наноробот
Двое химиков из Нью-Йоркского университета впервые в мире создали прямоходящего двуногого наноробота. В качестве исходного материала Надриан Симан и Уильям Шерман воспользовались мелкими фрагментами двухцепочечных и одноцепочечных молекул ДНК.
Физики научились манипулировать отдельными электронами в атомах
Найден способ снимать отдельные электроны с одиночных атомов золота, а потом заново преобразовывать такие рукотворные ионы в нейтральные атомы. Результаты этого эксперимента могут стать первым шагом на пути к созданию запоминающих устройств, в которых носителями информации будут служить отдельные атомы.
Открыт эффект, который позволит изготавливать наномашины
Американские ученые превратили одиночные углеродные нанотрубки в идеально действующий конвейер, способный переносить отдельные атомы. Вероятно, подобные устройства найдут широкое применение в технологиях изготовления наномашин, которые сейчас усиленно разрабатываются во многих странах.
Безделушки из наночастиц предвещают технологический переворот
Физики из Китая, Японии и США научились создавать внутри стеклянных пластинок объемные структуры, составленные из золотых наночастиц.
Американские физики научились создавать электронные приборы из отдельных молекул
Американские физики провели серию экспериментов, которые впервые позволили наносить по одному атому на единственную многоатомную молекулу. Дальнейшие исследования в этой области обещают значительно расширить возможности электронных технологий близкого будущего. Стандартными строительными блоками следующих поколений электронных приборов, по всей вероятности, станут отдельные крупные молекулы, а их придется легировать с помощью абсолютно новых технологий.
Самые выдающиеся открытия 2003 года: темная энергия, пентакварки, бозе-конденсаты, квантовые компьютеры и др.
Многие западные издания выстраивают своеобразные хит-парады научных достижений уходящего 2003 года. Мы публикуем один из таких списков, составленный редакцией издания PhysicsWeb.
Когда сказка станет пылью... (Нанотехнологии: революция начинается)
В самые ближайшие годы произойдет технологическая революция, в результате которой мы обзаведемся портативными мощными хранилищами памяти, всевидящими глазами и всеслышащими ушами, невидимыми помощниками, готовыми исполнить любую прихоть, и к тому же станем практически бессмертными.
Наномандала принесет в мир нанотехнологий буддистское счастье
Организованное взаимодействие отдельных атомов в нанотехнологии имеет некоторое сходство с картинами, возникающими под руками трудолюбивых буддистских монахов, создающих из цветного песка в ходе специальных таинств так называемые песочные мандалы. Цели и методы создания такой мандалы в восточных и западных культурах, конечно, довольно сильно различаются.
Генетика открывает глаза
Американские исследователи раскрыли генетический механизм, ответственный за неизлечимое поражение зрения - возрастную макулярную дегенерацию. Оказывается, это заболевание чаще всего вызывается одним-единственным сбоем в записи гена, обеспечивающего функционирование иммунной системы. Открытие позволяет заранее выявлять людей, предрасположенных к макулярной дегенерации, и принимать необходимые меры.
Медицинская революция стартует в Калифорнии
Жители Калифорнии на референдуме утвердили масштабную программу исследований с использованием стволовых клеток. На эти цели будет тратиться 300 миллионов долларов в год. Со стволовыми клетками связаны надежды на прорыв в борьбе со СПИДом, раком, болезнями сердца, рассеяным склерозом, спинномозговыми травмами, сахарным диабетом и еще множеством тяжелых заболеваний.
Рак простаты - в ежовые рукавицы
Американский уролог, который ввел в практику самый доступный метод обследования на рак предстательной железы, опубликовал статью, призывающую отказаться от этого анализа, как недостаточно эффективного. Впрочем, одновременно опубликованы результаты другого исследования, которое может положить начало принципиально новым методам не только диагностики, но и лечения онкологических заболеваний простаты.
Рак пятится назад
Британские исследователи добились научного результата, открывающего новые пути лечения раковых заболеваний. Им удалось генетическими методами перевести клетки меланомы в "коматозное" состояние, то есть прекратить рост этой опаснейшей злокачественной опухоли без облучения и химиотерапии.
Раковые клетки будут погибать от простуды
Английские специалисты по молекулярной онкологии успешно опробовали в лабораторных условиях новую технику вирусной терапии онкологических заболеваний. Полученные результаты оказались настолько впечатляющими, что разработчики уже планируют клинические испытания своего метода.
Генетическая операция спасла мышь от рака
Ученым из Великобритании удалось почти полностью излечить мышей от генетической предрасположенности к заболеванию раком толстого кишечника. Эти исследования открывают путь к созданию лекарств, которые смогут предотвращать возникновение этой формы рака у человека.
Прорыв в лечении рака с помощью лучей
Американские ученые нашли способ значительно повысить эффективность радиационной терапии злокачественных опухолей. Возможно, уже не за горами появление принципиально новых лекарств, способствующих успеху лечения рака с помощью излучения.
Противораковое лекарство защитит от диабета
В Университете штата Вирджиния выполнена серия исследований, результаты которых укрепляют надежду на создание действенного метода медикаментозного лечения инсулинозависимого сахарного диабета, который также называют диабетом первого типа.
Вакцина для лечения рака
Австралийские врачи приступили к решающему этапу клинических испытаний экспериментальной вакцины, которая должна - по крайней мере, в теории - излечивать каждого второго онкологического больного. Она создана на основе антител, которые были когда-то выделены из лимфатических узлов людей, обладающих сильным врожденным иммунитетом к онкологическим заболеваниям.
Новое оружие против рака
Международный коллектив исследователей обнаружил ранее неизвестный биохимический механизм, который обеспечивает бесконтрольное размножение клеток, претерпевших злокачественное перерождение. Эта информация может привести к созданию принципиально новых методов борьбы с онкологическими заболеваниями.
Антиракетное оружие против рака груди
Онкологи из США и Германии успешно завершили клинические испытания экспериментального метода радиационной терапии рака груди, в основе которого лежит уничтожение опухолевых клеток микроволновым излучением.
Динозавры пали жертвой рака
Обширное систематическое обследование окаменелостей динозавров показало, что раковые опухоли у этих доисторических существ во многом подобны таковым у современных людей, то есть первым жертвам вездесущего рака по меньшей мере миллионы лет. Рак был найден у многих живых существ, начиная от кораллов и кончая волнистыми попугайчиками. Изучение музейных экземпляров может внести ясность в вопрос о том, как болезни изменялись на протяжении миллионов лет.
Новости по теме
