Человеческое тело научили чувствовать в воздухе электричество

Искусственная протеасома с внутренним каналом, укрепленная в фосфолипидном (жировом) бислое клеточной мембраны. Составные части от разных микроорганизмов показаны разными цветами.  Иллюстрация Phisorg

Рецепторы клеток представляют собой достаточно большие протеиновые (белковые) комплексы, «укрепленные» или пронизывающие клеточную оболочку. Внеклеточная их часть улавливает (рецептирует) биоактивные вещества и молекулы, несущие, например, информацию о вкусе или ароматах. Часто рецепторы имеют внутренний канал сечением несколько нанометров (нм). Он служит для проведения в клетку возбуждающих или тормозящих клеточную активность ионов.

Прекрасный пример макрорецепторов – боковая линия у рыб. Это линейная последовательность нервных клеток, улавливающих колебания воды. Несколько иной механизм используют электрические скаты, воспринимающие изменения электрических полей приближающейся жертвы, которые генерируются ее биомеханикой. Известно, что мышцы сокращаются под действием ионных токов, проходящих по нервным отросткам (так называемые потенциалы действии, или Ра – Action Potential).

Электрорецепторы скатов представляют собой клетки эпителия колбовидной формы, верхняя чувствительная часть которых заполнена гидрогелем. Нечто подобное смоделировали создатели искусственных электрорецепторов из Сеульского университета, разместив их в виде пластыря на руке. Это позволило добровольцу, участвовавшему в эксперименте, улавливать электрические сигналы на расстоянии.

Функцию клеток невозможно себе представить без белков, которые, подобно всем другим материальным объектам, подвержены износу и изменению формы. Последнее требует избавления от нефункциональных молекул, накопление которых может приводить к нейродегенеративным заболеваниям. Для утилизации изношенных протеинов в клетках имеются протеасомы – трубки с «шапками» на концах. Эти шапки, с одной стороны, выполняют роль «затычек», а с другой – расплетающего фермента. Известно, что синтезированная на рибосоме цепь из аминокислот должна обрести правильную 3D-сложенную форму, при поступлении же в протеасому осуществляется противоположная операция – денатурация.

Все это учитывали ученые из университета голландского Гронингена, создавая искусственную протеасому с нанопорой диаметром 8 нм. Фактически ими создана мини-машина для «перемалывания» протеинов. Авторы назвали свое «произведение» анфолдазой, то есть расправляющим складки-фалды. Цепь аминокислот поступает в полость протеасомы, где расщепляется до отдельных аминокислот. 42 составные части этого молекулярного лего-конструктора биоинженеры взяли от разных микроорганизмов, в частности столбнячной бациллы B. anthracis и «кислолюбивой» Thermoplasta acidiphilus.

Голландцы считают, что созданные ими мультикомпонентные «машины» найдут самое широкое применение в анализе белковых и пептидных последовательностей, а также в анализе механизмов правильного складывания белков. Сбой этих механизмов, в частности, может приводить болезням Альцгеймера и Паркинсона, а также к другим нейропатиям, не говоря уже об онкологических заболеваниях.

Протекание физических процессов требует в нашем материальном мире энергии, которую сегодня обеспечивают все более мощные аккумуляторы и батареи. Но до самого последнего времени не была реализована мечта текстильщиков об электронной пряже (e-textile), из которой можно делать чувствительную к различным функциям тела ткань.

Сами по себе проводники, определяющие электрические импульсы организма, получены относительно давно. Но не было батарей для их питания, и к тому же они были несовместимы с биологическими тканями и, в частности, с кожей человека. Похоже, что проблему решили в университетах австралийского г. Воллонгонг и Калифорнийском Лос-Анджелеса.

Фибробатарея, «собранная» из такого простого по своему составу материала, как Zn/MnO2, работает в течение 500 часов, отдавая 98% емкости и выдерживая более тысячи циклов перезарядки. Ее волокна могут бесшовно вплетаться в е-ткань, из которой затем можно шить одежду, учитывающую ваше сердцебиение и температуру, влажность окружения и даже высоту, на которую взошел человек. Со временем благодаря этому медицина и другие области мониторинга станут реально дистанционными.