Индекс активности участника

Наш эксперт: Мария Лагарькова Доктор биологических наук, заведующая Лабораторией генетических основ клеточных технологий Института общей генетики имени Н. И. Вавилова Что такое стволовые клетки «Сказать «стволовая клетка» – это ничего не сказать. Это чуть-чуть более узко, чем просто клетка», – объясняет доктор биологических наук Мария Андреевна Лагарькова. Сам термин в начале XX века предложил российский ученый Александр Максимов. Уже тогда про предмет этой статьи было кое-что понятно. Многие клетки имеют гораздо более короткую жизнь, чем организм. Кровь возобновляется тоннами. В тканях кишечника и кожи тоже все время бурлят новые жизни.

Так уж сложилась история техники, что сейчас большую часть потребляемой человечеством энергии получают, сжигая уголь, нефть и газ в малоэффективных тепловых машинах. В силу "неумолимых" физических законов основной способ повышения коэффициента полезного действия (КПД) таких машин - это увеличение температуры. А чтобы температура сгорания была высокой, нужны калорийные виды топлива - такие, в состав которых входят лишь окисляемые элементы - углерод и водород, а балласта - кислорода, азота и других негорючих элементов - должно быть как можно меньше. По этой причине дешевые и, главное, возобновляемые виды топлива - дрова и торф-находят мало применения.

21.05.2024

Сложные предложения

Другое сопоставление, правда, внешнее, подчеркивает интересную и важную закономерность. Единственный топливный элемент, который нашел реальное применение в технике, использует в качестве окисляемого вещества водород. В клетках за миллионы лет эволюции прочно укрепился биохимический механизм, в котором непосредственным субстратом (топливом) служит также водород, но присоединенный к НАД. Он по физическим и химическим свойствам заметно отличается от газообразного водорода, в частности уступает по теплотворной способности, но все же это две формы одного и того же вещества, которое является самым богатым в природе концентратом энергии. Очевидно, поэтому водород оказался самым подходящим топливом и для клеток и для топливных элементов. Проблема (для техники) заключается в том, где взять его в достаточном количестве и как транспортировать.

У некоторых живых организмов, например, бабочек и пауков, существует аналогичная система дыхательных трубочек-трахей, по которым кислород поступает непосредственно к органам дыхания. Если бы на нашей планете атмосфера состояла из чистого кислорода, то дыхательные трубочки-трахеи могли бы удовлетворить потребности и более крупных организмов (по мере расходования кислорода в трахеи поступали бы его новые порции). Однако кислород занимает лишь пятую часть воздуха нашей планеты, а остальные приходятся на азот. По этой причине, если дыхание интенсивное, а трубка длинная, весь кислород расходуется, и трахея оказывается заполненной азотом. Нужен какой-то более эффективный механизм. У более высокоорганизованных животных кислород поступает к тканям с гемоглобином, это в десятки раз увеличивает транспортные возможности жидкости. Например, в крови человека с гемоглобином связано примерно в 100 раз больше кислорода, нежели растворено в самой жидкости. Несмотря на это, возможности гемоглобина как транспортного средства большинству техников должны показаться очень скромными. Так, 1 молекула гемоглобина при самых благоприятных обстоятельствах может перенести 4 молекулы кислорода, но поскольку гемоглобин - это белок с молекулярной массой 64000 даль-тон, а молекулярная масса кислорода всего 32 дальтона, то оказывается, что полезная нагрузка составляет всего одну пятисотую. Ситуация примерно такая же, как если бы человек, весящий 80 килограммов, поехал в гости на сорокатонном паровозе! Обычно же ситуация еще хуже - в реальных условиях полезная нагрузка составляет одну тысячную или еще меньше. Выручает лишь быстрая оборачиваемость - в организме человека эритроцит в среднем за одну минуту успевает три раза загрузиться кислородом в легких и отдать его тканям.

21.05.2024

Встроенный запуск словаря

Последние 15 лет стволовые клетки входят в рейтинги самых значимых научных открытий. До их активного применения в медицине осталось не так уж много. Наш автор Ираида Штурм попыталась разобраться, как после этого изменится наша жизнь. Лично моя жизнь больше никогда не будет прежней. На экране компьютера в огромном увеличении я смотрю на кардиомиоциты в пробирке. Отливающая золотом масса. «Бум, – делает нечто. – Бум». В этой чашке «бьется сердце», выращенное из стволовых клеток. После такой демонстрации рассказ о вполне обозримом будущем, когда, благодаря героиням моей статьи, прозреют незрячие и пойдут парализованные, уже и не кажется фантастикой.

Закономерен вопрос: а нужен ли переносчик на такие микроскопические расстояния? Транспортировать водород так же, как гемоглобин переносит кислород, действительно нет необходимости, поскольку он образуется тут же в клетке, но дело в том, что НАД переносчик совсем в другом смысле. Ведь гемоглобин транспортирует молекулярный кислород, поступающий из воздуха, и в такой же форме отдает его тканям. Молекулярного же водорода в клетках нет, поэтому НАД - это те клещи или щипцы, которые "выдирают" атомы водорода из окисляемых молекул пиши. За каждый заход молекула НАД забирает по два атома водорода, одновременно способствуя тому, чтобы один из них распался на две заряженные частицы - протон и электрон, причем отрицательный электрон остается присоединенным к молекуле переносчика, а положительный протон (ион водорода) переходит в раствор. В дальнейшем движении по дыхательной цепи распадается и другой атом водорода. В процессе движения электронов по дыхательной цепи происходит накопление энергии в форме веществ, которые называются макроэргами. Дальше организм использует их по мере потребности для удовлетворения конкретных нужд - мышечного сокращения, накопления ионов в клетках и т. д.

21.05.2024

Введена система ученых званий

Закономерен вопрос: а нужен ли переносчик на такие микроскопические расстояния? Транспортировать водород так же, как гемоглобин переносит кислород, действительно нет необходимости, поскольку он образуется тут же в клетке, но дело в том, что НАД переносчик совсем в другом смысле. Ведь гемоглобин транспортирует молекулярный кислород, поступающий из воздуха, и в такой же форме отдает его тканям. Молекулярного же водорода в клетках нет, поэтому НАД - это те клещи или щипцы, которые "выдирают" атомы водорода из окисляемых молекул пиши. За каждый заход молекула НАД забирает по два атома водорода, одновременно способствуя тому, чтобы один из них распался на две заряженные частицы - протон и электрон, причем отрицательный электрон остается присоединенным к молекуле переносчика, а положительный протон (ион водорода) переходит в раствор. В дальнейшем движении по дыхательной цепи распадается и другой атом водорода. В процессе движения электронов по дыхательной цепи происходит накопление энергии в форме веществ, которые называются макроэргами. Дальше организм использует их по мере потребности для удовлетворения конкретных нужд - мышечного сокращения, накопления ионов в клетках и т. д.

Откуда берутся эмбриональные клетки? Ты наверняка знаешь про ЭКО – экстракорпоральное оплодотворение. Обычно женщине, у которой не получается забеременеть самостоятельно, подсаживают не больше двух эмбрионов – лучших. Остальные хорошие замораживают – их можно будет также использовать для зачатия годы спустя. Но есть и эмбрионы, что плохого качества. Их, с согласия родителей, безвозмездно передают науке. Это и есть эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), с которыми работают ученые всего мира. Не надо путать их с абортивным материалом и вспоминать страшные истории «из телевизора». Для медицины описанные клетки сделали очень много. «У нас нет возможности другим образом изучать эмбриональное развитие. Благодаря им, мы смогли многое понять про то, как развиваются ткани. Все-таки человек – это не большая мышь без хвоста. Подобные исследования необходимы», – объясняет Мария Андреевна. ВОПРОСЫ ПРАВА И ЭТИКИ В 1980-х эмбриональные клетки были выведены у мыши, а в 1998 году Джеймс Томсон из Висконсинского университета в Мадисоне вывел первую линию человеческих ЭСК. Когда Джордж Буш пришел к власти, он запретил в США государственное финансирование исследований на линиях, полученных после 2001 года. Но на уже существующих, которых достаточно, проводить изыскания можно. Кроме того, в Америке большой процент частных инвестиций в науку. В Англии и Израиле вообще нет запретов, только правила и регламенты. Самые строгие ограничения на работу с клетками существуют в католических странах, где зигота, то есть оплодотворенная яйцеклетка – не важно, день ей или десять, – уже считается человеком. А потому есть немало мест на планете, где подобные исследования вызывают очень много споров.

21.05.2024