Рентгеновские лучи выявили неожиданную функцию белков
Группа ученых из Корнеллского университета и Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) выявила неожиданную функцию транспортного белка и его роль в регуляторных механизмах растений. Их исследование, опубликованное в журнале The Plant Cell ранее в этом году, может помочь уменьшить дефицит минеральных веществ у человека путем упаковки необходимых микроэлементов в съедобные части растений. Железо является важным минералом для человека. Помимо того, что железо является ключевым компонентом гемоглобина (белка эритроцитов, который переносит кислород по всему организму), оно помогает иммунной системе и играет роль в когнитивных функциях. Организм человека не может вырабатывать железо, поэтому его необходимо регулярно употреблять. Растения, такие как шпинат, являются одним из источников железа, но их строгие механизмы регулирования предотвращают чрезмерное накопление минералов, поскольку в высоких концентрациях они токсичны для растений. Однако ученые изучают транспорт минералов, таких как железо, чтобы найти способ обойти эти регуляторные механизмы и повысить пищевую ценность съедобных растений.
«Эта история началась давно», — объяснила Елена Ватаманюк, биолог растений из Корнелла и руководитель лаборатории, ответственной за это исследование. Почти десять лет назад Ватаманюк и ее коллеги опубликовали удивительное открытие: транспортный белок под названием олигопептид-переносчик 3 (OPT3) отвечает за перемещение железа внутри модельного растения Arabidopsis thaliana, а не олигопептиды (маленькие пептиды), которым этот транспортер был назван. В рамках более раннего исследования исследователи из Университета Миссури обнаружили, что снижение OPT3 изменило распределение железа по растению A. thaliana; корни демонстрировали признаки дефицита железа, несмотря на обилие железа в листьях. Это указывало на то, что роль OPT3 была связана с передачей статуса железа от листьев, известных как побеги, к корням.
Эти два открытия были лишь началом сложной истории. «В нашем последнем исследовании мы хотели использовать наши знания о роли OPT3, чтобы выяснить, как транспортер связан с передачей сигналов от отростка к корню», — сказал Ватаманюк. Заглянуть внутрь растений с помощью сверхярких рентгеновских лучей было первым шагом, но OPT3 приготовил еще один сюрприз для ученых. Когда ученые хотят выяснить, что делает белок, они часто предпочитают наблюдать, чего не происходит, когда большая часть белка, если не вся, удаляется из образца. Удаление всего белка OPT3 было бы смертельным для видов растений, использованных в этом исследовании, поэтому исследователи генетически изменили растения, создав «мутанты» с меньшим количеством транспортеров OPT3. Ватаманюк и ее коллеги хотели посмотреть, как различается распределение железа по сосудистой системе у мутантных и неизмененных растений. Исследователи были особенно заинтересованы в транспортной ткани, называемой флоэмой, поскольку почти десять лет назад они обнаружили, что OPT3 переносит железо в эту ткань. Флоэма обычно переносит питательные вещества из областей, где они высоко концентрированы (так называемых источников), в области, где их мало (так называемых поглотителей). Это контрастирует с сосудистой тканью ксилемы, которая переносит воду и питательные вещества от корней к побегам.
Одним из способов анализа распределения железа в тканях и клетках является конфокальная рентгеновская флуоресцентная визуализация (C-XRF), метод, недавно разработанный ученым из Корнелла Артуром Уоллом. Как и обычная рентгенофлуоресцентная визуализация (РФА), в этом методе используется яркий рентгеновский свет, чтобы выявить расположение различных химических элементов в образце. Но добавление очень маленькой специальной линзы, разработанной Уоллом, называемой конфокальной оптикой, обеспечивает исследователям чувствительность к глубине, позволяющую количественно определять концентрации элементов в определенных отсеках толстых образцов. Исследователи из Корнелла создают эти линзы с помощью процесса, называемого нанопроизводством. Чтобы применить эту технику в сверхмалых масштабах, ученые Корнелла поместили свой образец в один из самых совершенных источников рентгеновского света в мире — Национальный источник синхротронного света II (NSLS-II). NSLS-II — это пользовательское учреждение Управления науки Министерства энергетики США в Брукхейвенской лаборатории, которое излучает световые лучи, в 10 миллиардов раз ярче солнечных.
«NSLS-II была единственной установкой с достаточно ярким лучом, чтобы обеспечить нам желаемое разрешение», — объяснил Джу-Чен Чиа, исследователь лаборатории Ватаманюка и ведущий автор этой статьи. «В то время ни одно другое учреждение не могло предоставить нам необходимые нам изображения C-XRF с разрешением в один микрон». Первой остановкой исследовательской группы на NSLS-II стала линия рентгеновской спектроскопии субмикронного разрешения (SRX), которую возглавил Эндрю Кисс. Уолл и Кисс разместили серию зеркал, чтобы сфокусировать рентгеновский луч до размера одного квадратного микрона на участке черешка — части растения, соединяющей листья со стеблем. Взаимодействие между рентгеновским лучом и черешком листа испускало флуоресцентные рентгеновские сигналы, которые распространялись через наноизготовленную конфокальную оптику, расположенную всего в одном миллиметре, прежде чем они были зарегистрированы кремниевым дрейфовым детектором.
«Это было действительно сложно с технической точки зрения», — отметил Кисс. Помимо работы с небольшим размером пятна луча, исследователям также пришлось обеспечить сбор рентгеновских лучей только с поверхности черешка листа. Рентгеновские лучи, собранные из глубины образца, уменьшат разрешение и эффективно размоют изображение. Рентгеновская флуоресценция содержит характерные энергии, которые подобны отпечаткам пальцев для каждого элемента в образце. Кисс и ученые из Корнелла расшифровали эти рентгеновские снимки, чтобы выяснить, какие элементы находились в образце, их концентрацию и точное местонахождение. «В исходной статье мы предположили, что OPT3 важен для загрузки железа во флоэму», — объяснил Чиа. «Итак, мы подумали, что если мы проанализируем сосудистые ткани мутантного растения с помощью C-XRF, мы должны увидеть больше железа в ксилеме, но меньше железа во флоэме мутанта». Исследователи нашли именно то, что искали, но последующий анализ застал их врасплох.
Некоторые транспортные белки перемещают более одной молекулы; у растений железо часто переносится с цинком или марганцем. Таким образом, анализ распределения нескольких минералов, помимо интересующего минерала, является довольно распространенной практикой при проведении рентгенофлуоресцентных экспериментов. «Иногда изменение концентрации одного минерала вызывает ряд других изменений концентрации в растениях», — объяснил Чиа. «Железо, медь, цинк и марганец — важные минералы для роста растений, поэтому нам нравится рассматривать их все одновременно». Хотя это важно, медь обычно не имеет общих переносчиков с другими минералами в растениях. Вот почему исследователи были особенно шокированы, когда обнаружили изменения в распределении меди у мутантного растения, которые имитировали распределение железа у мутанта, что указывает на то, что OPT3 также переносит медь во флоэму. «Если бы мы не привезли наши образцы на NSLS-II, мы бы никогда не рассматривали возможность использования одного транспортера, перевозящего и железо, и медь на заводе», — сказал Ватаманюк, подчеркнув, насколько неожиданными были эти результаты. «Это довольно необычно».
«Эта работа стала большим техническим достижением для канала SRX», — отметил Кисс. «Но это была еще большая демонстрация опыта и сотрудничества здесь, на NSLS-II». На протяжении всех этих экспериментов Кисс и Уолл работали с Райаном Тапперо, руководителем направления рентгеновской флуоресцентной микроскопии (XFM), где Чиа и ее коллеги проводили дополнительные эксперименты для подтверждения своих выводов. На луче XFM ученые Корнелла хотели визуализировать внутреннее распределение элементов по сосудистой сети эмбриональных растений, которые содержатся в зрелых семенах. Хотя разрезать семена и сканировать их поверхность — подобно тому, как ученые изучали черешок листа с помощью C-XRF — было заманчиво, разрезание семян могло вызвать перераспределение элементов. Воздействие кислорода на хрупкие структуры также может привести к химическим реакциям, которые изменят их элементный состав. «Подобно тому, как врачи делают компьютерную томографию вашего тела, не разрезая вас, мы использовали рентгеновские лучи на луче XFM, чтобы провести «химическую» компьютерную томографию минеральных элементов внутри семян, не разрезая их», — объяснил Тапперо.
Медицинская компьютерная томография предполагает использование вращающегося источника рентгеновского излучения и детектора для выполнения серии снимков, на основе которых компьютеры могут реконструировать изображения поперечного сечения внутренних структур. Ученые NSLS-II не вращают рентгеновский луч, поэтому вместо этого они запрограммировали приборы для вращения образцов семян в рентгеновском луче во время записи сигналов рентгеновской флуоресценции. «Семена были всего полмиллиметра в диаметре, что делало их идеальными для сканирования в целости и сохранности», — объяснил Тапперо. Когда каждое семя яйцеобразной формы подвергалось воздействию сверхярких рентгеновских лучей, сигналы флуоресценции могли исходить из центра семян и измеряться кремниевым дрейфовым детектором. После первого воздействия приборы повернули образец менее чем на один градус, чтобы его можно было снова ударить под другим углом. Приборы автоматически повторяли этот процесс до тех пор, пока образец не был повернут на полные 360 градусов. Этот метод называется рентгенофлуоресцентной компьютерной микротомографией (F-CMT).
Изображения поперечного сечения F-CMT получаются на основе сигналов флуоресценции, как и обычные рентгеновские изображения; однако ученые используют дополнительные методы компьютерной реконструкции, чтобы получить изображения поперечного сечения. Используя эти изображения поперечного сечения для визуализации внутреннего распределения элементов в эмбриональных растениях, ученые наблюдали более низкие концентрации железа и меди в сосудистых клетках мутантных семян по сравнению с неизмененными семенами. Эти результаты послужили дополнительным доказательством того, что транспортер OPT3 перемещает как железо, так и медь. «Мы привезли наши образцы в NSLS-II, чтобы мы могли наблюдать за физиологией этого транспортного белка, и нам пришлось вернуться в нашу лабораторию с важной частью головоломки, которая лежит в центре всего этого», — отметил Чиа. «Все должно было сойтись воедино».
Еще одна глава в истории OPT3
Исследователи вернулись в свои лаборатории в Корнелле, чтобы осмыслить свои новые открытия, глубоко погрузившись в генетику мутантного растения. В ходе серии экспериментов они обнаружили, что железо и медь не только имеют общий транспортный белок, но также взаимодействуют в сложном сигнальном пути, который регулирует их поглощение посредством экспрессии генов. Это исследование является лишь одним шагом на пути к смягчению дефицита минералов у человека путем изменения содержания питательных веществ в съедобных растениях. Ватаманюк и ее коллеги изучили A. thaliana, нетравяное растение, которое часто используется в исследованиях, поскольку оно быстро размножается и имеет короткий геном, который полностью картирован. Теперь исследователи могут использовать свои результаты, чтобы изучить функцию этого транспортного белка в травяных растениях, таких как рис, пшеница или ячмень. «Физиология растения может настроить функцию транспортера», — объяснил Ватаманюк. «Поэтому важно применить эти знания к другим растениям. Я уверен, что нас ждут еще открытия». "Хочу выразить благодарность ученым NSLS-II, потому что они нам действительно помогают", - добавила она. «Характер сотрудничества очень важен, но они также очень дружелюбны и полезны». «У нас так много амбициозных идей, — сказал Чиа, — и они помогают нам воплотить их в жизнь».
Источник
Последние аномальные новости

Безумная история об НЛО из 1960-х годов

В одном округе Нью-Джерси видели гораздо больше НЛО

Встреча с НЛО сбила с толку пассажиров самолета

Горячая точка НЛО в Нью-Джерси

Для чего на самом деле используется Зона 51

ИИ устроит человечеству апокалипсис

Крупный британский аэропорт стал горячей точкой НЛО

На Земле существуют передовые технологии инопланетян

Наблюдения НЛО в штате Теннесси

НЛО имеют нечеловеческое происхождение

Новый прицел позволяет видеть пули в полете

Опасность НЛО - это не то, что вы думаете

Пациент Neuralink способен управлять мышью силой мысли

Пилот увидел огромный НЛО во время полета над Мексикой

Поиски собаки-демона в Манчестере

Самый яркий и быстрорастущий квазар

Солнечная система изобилует межзвездными объектами

Техас занимает четвертое место по количеству НЛО

Треугольный корабль завис над озером в Висконсине

Электромобиль отряхивается от снега, как собака

Франшиза Nadotur - отзывы об открытии туристического агентства по франшизе

Болезнь зомби-оленей может перейти на людей

Внутри самой необычной духовной конвенции

Возможность внеземного присутствия

Где может прятаться Планета Х

Древняя форма жизни, скрытая внутри каждого из нас

Как мог выглядеть серийный убийца Джек-Потрошитель

Квантовые темные состояния дают преимущество

Космический юрист объясняет, как можно захватить Марс

НЛО в Нью-Йорке с 2000 года видели тысячи людей

НЛО вызвал безумие в сети

НЛО над Бостоном увидел пилот во время полета

НЛО над Фениксом. Признания оператора службы 911

НЛО-сферы в Канаде имели голубые ореолы

Один округ Нью-Джерси является горячей точкой НЛО

Певец поделился невероятной историей НЛО

Подледная микробная жизнь на Земле и за ее пределами

Подтверждена подлинность лучших кадров НЛО

Проект по сбору образцов с Марса важен

Розуэлльский инцидент когда-то был символом секретности

Уфологические фестивали в 2024 году

Магазин цифровых товаров. Идеальное решение для начинающих предпринимателей с Rents.ws

Впервые вывели донорскую свинью

Гравитационные волны обеспечили нас элементами жизни

Гриб вырос на живой лягушке

Жизнь на Земле могла зародиться из метеоритов

Жизнь на Марсе процветала вблизи вулканов

Жителей Приморского района Петербурга напугал НЛО

Загадка гигантских шимпанзе из Конго

Какой ядерный космический проект России напугал США

Микроскоп может разглядеть отдельные нейроны мозга

НЛО заметили в небе над Бердском

Письменность острова Пасхи признана уникальной

Почему стоит верить в существование инопланетян

Призрак с горящими глазами и ведьма с обожженной рукой

Растения с отредактированным геномом - не ГМО

Роботы показали полную автономность в бытовых задачах

Создали 3D-модель фрагментов Челябинского метеорита

Создана ткань для охлаждающей в жару одежды

Таинственные звери Японии

Тайна жуткой смерти продавщицы книг

Чугунная чашка из Оклахомы, возрастом 300 млн лет

Алмазный НЛО был замечен над Аризоной

Аэропорт Станстед назван горячей точкой НЛО

В Аризоне наблюдается больше НЛО, чем в большей части США

В Ираке видели НЛО-медузу

Внутри британской Зоны 51

Вода на поверхности астероидов поможет найти инопланетян

Возможно найден самолет Амелии Эрхарт

Гольфстрим может остановиться уже в 2025 году

Инопланетное вторжение началось в Китае

Как скоро люди отправятся на Марс

НЛО замечен над Мехико

Новорожденные газовые планеты могут быть плоскими

Округ Харрис лидирует по числу наблюдений НЛО в Техасе

Принц Филипп был очарован инопланетянами

Совместная лаборатория людей и пришельцев

Странные огни сняли в небе над Лас-Вегасом

Три НЛО замечены над Южной Флоридой

Флот НЛО замечен над Китаем

Фотография НЛО опубликована правительством США

Что на самом деле произошло в Розуэлле

Влияние первых звезд на первые галактики

Врачи на Земле впервые управляют роботом на МКС

Два металлических шара в небе над Блэкпулом

Еще один ключ к разгадке природы быстрых радиовсплесков

Зонд вернул вдвое больше обломков астероида Бенну

ИИ-вычисления скоро достигнут скорости света

Инопланетянам придется преодолеть два препятствия

Можем ли мы обнаружить астероид-убийцу

Наземные лазеры могут ускорить звездолеты

НАСА объявила массу образцов доставленных с астероида Бенну

НАСА проливает свет на сильно заряженную лунную пыль

НЛО видели в небе над шотландской деревней

Охота за жизнью на Марсе выходит на новый уровень

Парадоксальные мысли о феномене НЛО

Первые интуитивные машины полетят на Луну

Романтические отношения с инопланетными существами

Солдат находясь при смерти встретил Мрачного Жнеца

Сотни наблюдений возле загадочной авиабазы

Фото НЛО найдены в коллекции Национального архива

Я видел НЛО в два раза больше города

Активный вулканизм и движение коры Марса

В небе над Пермью заметили нечто

Вы видели НЛО в Айдахо

Геотермальная активность на ледяных карликовых планетах

Горячие точки сообщений о НЛО в США

Жизнь как планетарный регулятор

Загадочные сигналы из глубокого космоса

Звезда, похожая на матрешку, новая теория гравастаров

ИИ предсказывает функции неизвестных белков

Метаматериал делает возможным одностороннее стекло

Нечто с острова Уайт

НЛО используют лазерное оружие

Новый дизайн квантовых компьютеров

Понимание фундаментальной науки на Земле и в космосе

Пролетающие мимо звезды изменили эволюцию Земли

Собираемся ли мы узнать происхождение Луны

Странное поведение золота, возбужденного лазером

Уфологическое мероприятие OLM-2024

Уфологическое мероприятие в Апач-Джанкшен

Что выявило расследование Пентагона

Где используются фирменные дипломы, кто их использует

Аномальное явление в Курмайоре

В штате Вашингтон есть горячая точка НЛО

В штате Колорадо все чаще наблюдают НЛО

В этих штатах США больше всего наблюдений НЛО

Двойные экзопланеты в бездонной пустоте

Измерение расстояний с помощью быстрых радиовсплесков

Массивный протокластер вокруг квазара

Нанесены на карту горячие точки НЛО в Огайо

Не приезжайте в Хьюстон, чтобы увидеть НЛО

НЛО стреляет лазером по ядерной боеголовке

Округ Линкольн является излюбленным местом инопланетян

Открыли загадочную древнюю галактику

Прибор для раскрытия внутренней структуры атомных ядер

Секретный космосамолет X-37B заметили на орбите

Солнечное затмение на Марсе

Стартап хочет добывать полезные ископаемые на Луне

США делает большую ставку на частный космос

Титан, скорее всего, непригоден для жизни

Хак, заставляющий автомобильный радар галлюцинировать

Хаотические результаты в системах трех тел

В штате Колорадо все чаще наблюдают НЛО

Города с наибольшим количеством наблюдений НЛО

Документальный фильм о культе НЛО

Инопланетяне игнорируют Пенсильванию

Инопланетяне уничтожают ядерное оружие

Карта любимых мест инопланетян в США

Лучшие штаты для любителей НЛО

Неожиданно массивные галактики перепишут космологию

НЛО заметили в небе над Кентукки

НЛО перехватил и обезвредил ядерную ракету

НЛО перехватывают ракеты землян

НЛО сбил ядерную ракету лазером

НЛО сигарообразной формы над округом Салливан

Поиски пропавших молодых звезд

Потрясающий вид спиральной галактики NGC 4254

При отсутствии обоснованного сомнения

Простая технология для отслеживания лунных миссий

Сиэтл - горячая точка НЛО

Технология солнечных парусов прошла решающее испытание

Фонд Сол опубликовал видео с конференции по НЛО

Ажиотаж вокруг мозгового импланта Neuralink

Аэротакси очень скоро поступят в продажу

Выявили два типа выдающихся людей

Город пришельцев и пирамида на Меркурии

Идентифицировали молекулы воды на астероидах

Карта горячих точек НЛО по всей территории США

Крупный аэропорт назван горячей точкой НЛО

Люди с реальными суперспособностями

Метод эллипсоида SETI при поиске инопланетян

НЛО перехватил ядерную ракету над Калифорнией

НЛО попал на видео отдыхающих друзей

Обнаружен новый протопланетный диск

Описали астероиды из темной материи

Поиск новых частиц на БАК расширяют

Призрак разозлился и выжил фермера из дома

Сотни встреч с инопланетянами не могут быть объяснены

Третью экзопланету отыскали у звезды Тигардена

Уфолог призывает президента Доминиканы признать НЛО

Уфолог снял похищение инопланетянами

Франция раскрывает архив Секретных материалов

Возможность зарождения жизни на безводных планетах

Два майора рассекретили НЛО

Жизнь на Земле могла зародиться в щелочных озерах

Подписка на новости
Наверх
Яндекс.Метрика