conowegownejczer

Ocean wirusów, kolejna ziemiopodobna planeta, miękkie roboty i genetyczny wgląd w epokę brązu [CNWN3]

Czołem!

Głównym „tematem tygodnia” nie będzie ziemiopodobna planeta orbitująca najprawdopodobniej wokół Proximy Centauri – napiszę o niej, ale krótko i zgryźliwe;) Mam coś lepszego – systematyczne badania globalnej populacji wirusów. Świetny temat, świetna metoda, świetne wyniki. Okazuje się, że pływamy nie tylko w oceanie bakterii, ale też w oceanie wirusów. Kolejny kamyczek do odwiecznej debaty, czy myć ręce. 🙂 Na koniec ciekawostka genetyczno-archeologiczna: badania 10-tysięcznoletniego DNA, które dają nam teleskopowy wgląd w ewolucję rolniczego stylu życia na Bliskim Wschodzie. Jak dla mnie bomba.

Siadamy, bo kawa wystygnie.


Kosmos wirusów, z czego jeden olbrzymi i trochę straszny

D. Paez-Espino i in., Uncovering Earth’s virome. Nature, 25.08.2016, 425-430. DOI: 10.1038/nature19094

Z 3 tysięcy próbek środowiskowych (próbka ludzkiej śliny, gleby, wody morskiej, szlamu bakteryjnego z bioreaktora…) „wyciągnięto” półautomatyczną metodą sekwencje 2,8 miliona genów wirusowych. Nie samych wirusów, tylko genów. Na tejże bazie danych dokonano tysięcy wesołych analiz statystycznych, z których wynika między innymi to, że wirusy podróżują samolotami. Znaleziono też największego znanego wirusa, w okolicznościach, które są trochę… przerażające.

No więc tak. Standardowa metoda odnajdywania wirusów zasadza się na analizie infekcji wirusowej. Potrzebna jest więc para gospodarz-wirus. To dosyć kłopotliwa metoda. Wyobraźcie sobie, że chcecie się dowiedzieć, jakie wirusy występują, powiedzmy, w środowisku oceanicznym. Zbieramy więc żyjące tam ryby, glony i bakterie i szukamy takich, które noszą ślady infekcji wirusowej. Potem szukamy wirusa, hodujemy go……. upiorne.

Tu wkracza metagenomika, metoda polegająca zasadniczo na:

  • pobraniu próbki środowiskowej (litr wody morskiej; litr gleby; próbka śliny, kału, potu, etc….);
  • przemieleniu jej mechanicznie i chemicznie tak, aby uwolnić ukryte w komórkach/kapsydach cząsteczki DNA;
  • sekwencjonowaniu całego DNA, które udało się w ten sposób odnaleźć w próbce.

Metoda ta ma oczywistą wadę – nie znamy tożsamości organizmu, którego DNA pojawia się w badaniu. Dowiadujemy się po prostu, że w tym litrze wody znaleziono takie oto fragmenty DNA. Ma też oczywistą zaletę – nie wymaga od nas odnajdywania/ścigania/hodowania żadnych organizmów, co bywa bardzo trudne.

No i już. Analizowanu to 3042 próbki, z których już wcześniej „wyciągnięto”, uwaga, sekwencje o całkowitej długości pięciu bilionów par zasad (5 razy dziesięć do dwunastej); jest to tzw. baza GOLD. Teraz przeczesano je pod kątem sekwencji mogących należeć do wirusów. Nie da się tego zrobić automatycznie (sekwencja nie ma napisane na czole „należę do wirusa”, to tylko długi ciąg ACGCCACAC…), zrobiono to więc metodą małych kroczków. Najpierw porównano zawartość bazy GOLD ze znanymi sekwencjami wirusów, żeby „nauczyć” program komputerowy, jak mniej więcej wyglądają sekwencje wirusowe. Wygenerowano listę podobnych sekwencji; pogrupowano w „rodziny” podobnych sekwencji; przejrzano ją ręcznie; i tak dalej. Ogółem idea była taka, aby z jednej pozwolić algorytmowi odnajdować w bazie GOLD sekwencje tylko z grubsza podobne – aby odnaleźć wirusy zupełnie niepodobne do tych znanych obecnie – ale z drugiej strony, aby algorytm nie zrobił się zbyt swobodny i potraktował jako wirusa coś, co nim nie jest. Stąd ciągły nadzór ekspertów. Ostatnio opisywałem podobną metodę „rozmowy” między algorytmem a ekspertami przy okazji artykułu o nowej mapie mózgu.

Ostatecznie uzyskano listę 2,79 miliona sekwencji białek kodowanych przez geny wirusowe, które przepuszczono przez kolejny program, tym razem sprawdzający, do czego najprawdopodobniej służy dane białko, na podstawie jego sekwencji. Było tam wszystko: od enzymów nadtrawiających błony komórkowe, przez białka strukturalne, całą masę narzędzi do edycji DNA… zestaw małego szperacza. Szacuje się, że ilość znanych sekwencji wirusowych wzrosła w wyniku tego badania 18-krotnie. Czyli faktycznie proporcje jak przy metaforze góry lodowej. Wszystkie sekwencje pogrupowano następnie w „quasi-gatunki” – grupy genów, które najprawdopodobniej występują u względnie zamkniętych, podobnych do siebie genetycznie populacji wirusów. (Zdefiniowanie „gatunku” wirusa to ciężka sprawa…) Ostatecznie wyszło 18470 quasi-gatunków, które można było następnie analizować pod kątem tego, w jakim występują środowisku (morskie, słodkowodne, glebowe, na roślinie, w ściekach, w jelicie krowy… itp.), w jakim miejscu na świecie (na podstawie danych o próbkach środowiskowych) itd.

Wyszła MASA fajnych rzeczy. Parę przykładów:

  • Wirusy w jamie ustnej i wirusy w jelicie to zupełnie inne populacje, ogółem 84% wszystkich quasi-gatunków występuje tylko w 1 środowisku.
  • 10% wirusów występujących w jamie ustnej człowieka nie występowało u żadnego innego człowieka. To odkrycie idzie w parze z tym, co wiadomo już o naszej florze bakteryjnej – każdy człowiek ma bardzo specyficzną populację bakterii, po których można by go w zasadzie rozpoznać.
  • Wszędzie odnajduje się wirusy ludzkie i laboratoryjne („zanieczyszczenie wirusowe”). Oznacza to, że jeśli jakiś wirus jest powszechnie stosowany w laboratoriach jako narzędzie biotechnologiczne, należy się spodziewać, że odnajdziemy go po paru latach również w korzeniach jakiegoś dębu.
  • Znaleziono bardzo niewielką, ale wyraźną populację wirusów wszędobylskich, tj. występujących w bardzo różnych środowiskach. Mają one charakterystyczne geny ułatwiające taki właśnie tryb życia.
  • Mapa pokrewieństwa genetycznego „wokółludzkich” wirusów (a więc żyjących w ludziach, na ludziach, w zwierzętach gospodarczych itp.) na świecie odzwierciedla ludzkie szlaki komunikacyjne; jest na przykład silnie pokrewieństwo między wirusami zachodnioeuropejskimi i amerykańskimi. Niby oczywiste, ale fajnie to zobaczyć w badaniu.

Imported from JPEG image: d:imworkingpage6-18.jpg

Środowisko naturalne największego wirusa świata. Źródło: Genome Management Information System, Oak Ridge National Laboratory, via Wikimedia.

  • Znaleziono największy jak dotychczas genom wirusowy, mający ok. 0,5 miliona par zasad (dla porównania: jeden prosty gen może się zmieścić na tysiącu par zasad; prosty wirus potrzebuje tylko kilku-kilkunastu genów; wirus grypy ma długość ok. 13,5 tysiąca; najprostsze bakterie, czyli samodzielnie funkcjonujące organizmy!, mają genom o długości właśnie ok. 0,5 miliona par zasad). To monstrum. Zwykły wirus ma w sobie kilka prostych białek: coś do wejścia w DNA gospodarza, parę białek pozwalających na „włamanie się” w metabolizm gospodarza, no i oczywiście białka kodująca „kapsułkę” wirusa, aby można się było rozmnożyć. Ten megawirus ma w sobie zestaw genów do wszystkiego, i jeszcze trochę więcej (mapa genetyczna tego megawirusa została zamieszczona w Materiałach dodatkowych do artykułu, Rys. 4; dostęp wolny bez logowania). I teraz to, co przerażające. Wiecie, gdzie go znaleźli? W szlamie na dnie bioreaktora, czyli po prostu w laboratorium biotechnologicznym. Ekhem.

Niech to wystarczy za puentę. Kochajcie wirusy, dziewczęta.


Ziemia 2 numer milion, tym razem po sąsiedzku

G. Anglada-Escudé: A terrestrial planet candidate in a temperate orbit around Proxima Centauri. Nature, 25.08.2016, 437-440, DOI: 10.1038/nature19106

Zidentyfikowano planetę o masie zbliżonej do masy Ziemi, i to na tyle blisko, że potrafimy obecnie tam dolecieć za 54 tysiące lat, więc wszyscy są bardzo podekscytowani.

Jest taka zasada w internetach, że zawsze musi być jeden narzekający mądrala. Ciągnęliśmy słomki na tajnym forum blogerów naukowych i tym razem wypadło na mnie. Naprawdę chciałem być entuzjastyczny, ale co zrobić. Najkrótsza słomka.

To może zróbmy tak. Spróbujmy się zastanowić, dlaczego właściwie miałbym się przejmować tym odkryciem?

  • Bo odkryto planetę bardzo podobną do Ziemi!

Po pierwsze: nie. Odkryto planetę, która ma masę z grubsza zbliżoną do masy Ziemi (jest przynajmniej 1,27 razy cięższa, może być np. 1,5 raza cięższa) i która ma prawdopodobnie taką temperaturę, że może na niej występować woda w stanie ciekłym. Nie wiadomo, czy ma płynne jądro i własne pole magnetyczne, czy ma tektonikę płyt i skorupę kontynentalną, czy nie jest pokryta wrzącą lawą, czy ma wodę, czy ma hydrosferę, czy ma atmosferę, a jeśli tak, to czy ma chmury i tlen. Nie wiadomo, czy ma góry i doliny, rzeki, jeziora, piasek, kamienie i glebę. Nie wiadomo, czy na jej powierzchni nie występują tak silne pola magnetyczne od gwiazdy macierzystej, że wszelkie gazy atmosferyczne są „ściągane” w przestrzeń kosmiczną. Nie wiadomo, czy burze „słoneczne” (ponieważ to nie Słońce, to: „burze gwiazdowe”) nie spiekają tej planety na grzankę… i tysiąca innych rzeczy. Planety to indywidua. Równie dobrze mógłbym powiedzieć, że znalazłem człowieka podobnego do mnie, ponieważ dostałem SMSa z Filipin, że jakiś facet waży ok. 95 kg. A ja przecież ważę 75 kg, więc podobieństwo jest łudzące.

Po drugie: to nie jest pierwsza planeta tego typu (=z grubsza podobna do Ziemi pod względem masy). Katalog exoplanet.eu wymienia 18 planet lżejszych niż 1,5 masy Ziemi. Przynajmniej parę z nich może mieć ciekłą wodę. Ja się oczywiście bardzo cieszę, że odkryto kolejną, ale nie róbmy scen.

  • Bo jest zamieszkiwalna (habitable)!

Na to ja pytam: co to znaczy „zamieszkiwalna”?

  • To znaczy, że ludzie mogliby na niej potencjalnie zamieszkać!

Tego nie wiemy (patrz: wyżej). Na razie nie można wykluczyć, że jest to planeta pokryta jeziorami lawy, z cieniutką, gorącą, siarkową atmosferą, o temperaturze powierzchni 500 st. C, siekana morderczymi strumieniami wiatru gwiazdowego i dawkami promieniowania, które by momentalnie spiekły człowieka na wiórek. Wiemy tylko tyle, ile mniej więcej waży (>1,24 masy Ziemi), i w jakiej mniej więcej odległości od „swojej” gwiazdy się znajduje (półoś wielka 0,05 AU, czyli 8 razy bliżej niż Merkury).

Co do natomiast samego zamieszkiwania ludzi poza Układem Słonecznym. Dotychczas ok. 550 osób było w Kosmosie, w które to grono wlicza się każdą osobę, która wzniosła się powyżej 100 km od powierzchni Ziemi. Tylko 24 osoby opuściły orbitę Ziemi. Najdalej udało nam się dolecieć do Księżyca. Wyślijcie najpierw paru wariatów na Marsa, to wrócimy do tematu lotów gwiazdowych, OK?

  • Tam może być życie!

To nie ma żadnego związku z „zamieszkiwalnością”. Zamieszkiwalność (habitability) to absurdalna, myląca nazwa, stworzona przez astronomów w celach marketingowych, która nie ma żadnego realnego związku z prawdopodobieństwem powstania gdzieś życia. Częścią definicji „zamieszkiwalności” jest na przykład ta nieszczęsna woda. Nawet już przy założeniu, że wylana na środku Marsa woda nagle przemieni tę planetę w tętniącą od życia dżunglę (co jest nonsensem, bo nawet w naszym Układzie Słonecznym mamy wodę lub jej śladowe ilości niemal wszędzie, gdzie spojrzeć; a życie tylko w jednym miejscu) sama ta możliwość istnienia wody w stanie ciekłym jest strasznie cieniutka. Raz, nie ma to związku z żadnymi pomiarami obecności wody, tylko z bardzo zgrubnymi obliczeniami termodynamicznymi, że gdyby była woda, to być może byłaby w stanie ciekłym – nie biorąc pod uwagę choćby składu atmosferycznego, który przez efekt cieplarniany jest w stanie kompletnie namieszać w tych obliczeniach. Ogólnie – pojęcie to nie ma żadnego sensu. Zero. Null. Nada. Służy tylko i wyłącznie nabijaniu klikalności chłopcom z NASA i popularyzatorom nauki.

  • Bo można tam polecieć i zbadać tę planetę.

Byłoby świetnie i pierwszy zrobiłbym przelew wspierający realny projekt misji badawczej na Proxima Centauri, ale na razie takich nie ma.

  • A to siedź cicho i czytaj te swoje głupie artykuły o wirusach.

I właśnie będę. I co mi zrobicie.

Nie zrozumcie mnie źle. Każda odkryta egzoplaneta to wspaniała rzecz i kibicuję planetologii bardziej niż jakiejkolwiek chyba dyscyplinie naukowej. Ale dajcie już, proszę, spokój z tą całą zamieszkiwalnością, strefą Złotowłosej, Ziemią 2 i tą całą absurdalną, antropocentryczną, kiczowatą obsesją na punkcie szukania wszędzie identycznej kopii naszej kochanej planetki. To jest dokładnie ta sama mentalność, która kazała europejskim kolonizatorom Ameryk płynąć tam w poszukiwaniu białych angielskich dżentelmenów, a gdy się okazało, że ich nie ma, stwierdzić, że jest to kontynent niezamieszkały przez ludzi. Wyobraźni trochę, kurde…


Pierwsza moda na organiczne rolnictwo

I. Lazaridis: Genomic insights into the origin of farming in the ancient Near East. Nature 25.08.2016, 419-424, DOI: 10.1038/nature19310

Dzięki bardzo zręcznemu wydłutowaniu fragmentu kości skroniowej 45 osobników, którzy umarli w okresie 12 tys.-1,4 tys. p.n.e., udało się pozyskać ich DNA i porównać z żyjącymi populacjami ludzi, DNA Neandertalczyków itd. Wyszło parę rzeczy, ale m.in. to, że informacja o tym, jak uprawiać rolę, rozprzestrzeniała się szybciej niż geny ludzkie – to nie było więc tak, że pojawiła się populacja rolników, która wytrzebiła i zastąpiła grupy zbieracko-łowieckie, a raczej tak, że ludzie stopniowo uczyli się rolnictwa, wymieniając się tą informacją między populacjami. Ponadto, było dużo grup eksperymentujących coraz bardziej z rolnictwem, a nie jedna grupa „wynalazców”. To niby już było wiadomo, ale teraz mamy na to dane genetyczne.

Z innych: europejczycy mają mniej genów wspólnych z Neandertalczykami niż wschodnioazjaci. Nie wiedziałem tego, nie wiem, co można z tym faktem zrobić, ale przekazuję dalej.


 Miękkie roboty

M. Wehner i in.: An integrated design and fabrication strategy for entirely soft, autonomous robots. Nature, 25.08.2016, 451-455, DOI: 10.1038/nature19100

Od dłuższego czasu trwają prace nad miękkimi robotami, tj. wykonanymi z plastycznym materiałów, które mogą w większym czy mniejszym stopniu dopasowywać swój kształt, a nawet strukturę, do otoczenia: hydrożele, miękkie elastomery, a nawet materiały granularne. Problem polega na tym, że chociaż da się już robić miękkie „stawy”, miękkie elementy mechaniczne, jest też już miękka elektronika, są kłopoty z miękkim zasilaniem i napędem. Dotychczasowe miękkie roboty były więc zwykle przyczepione kabelkiem do całkiem konwencjonalnej sztywnej baterii.

nature_2016_press_image2-800x533

Octobot. Źródło: Ryan Truby, Michael Wehner, and Lori Sanders, Harvard University. Materiały prasowe.

Teraz Autorzy donoszą o ciekawym rozwinięciu – źródle energii, które jest jednocześnie napędem. We wnętrzu miękkiego żelu znajdują się wydrążone kanaliki, połączone w jeden ciągły system hydrauliczny. Sercem systemu jest zbiornik z płynem stanowiącym paliwo; sygnał powoduje rozkład chemiczny płynu, który przechodzi tym samym do fazy gazowej i wędruje odpowiednim kanalikiem, wypełniając układ hydrauliczny.

Polecam obejrzeć filmy towarzyszące artykułowi. Są dostępne za darmo. Ładnie widać, o co chodzi. Ruchy na razie nieco toporne jak na „miękkiego robota”, ale to akurat będzie się szybko rozwijać. Cieszy oko.

Share this Story
Zobacz inne podobne wpisy
Zobacz inne wpisy Łukasz Lamża
Zobacz inne w kategorii conowegownejczer

Zobacz

Marihuana i mózg – artykuł przeglądowy w Nature [CNWN9]

A dzisiaj tylko ten jeden tekst. Ech, coś mi ...

Inline
Inline