Where Every Scroll is a New Adventure
бактерии - Blog Posts
Смогут ли однажды бактериальные «провода» питать ваш телефон?
Когда Цзюнь Яо устроился на новую работу, этот инженер-электрик не собирался создавать «зеленый» источник энергии. Но случай помог ему найти способ использовать полностью натуральный белок для превращения воды в электричество.
Яо работает в Массачусетском университете (UMass) в Амхерсте. Он использует нанопровода в разрабатываемой им электронике. Эти провода очень крошечные, каждый - всего в одну миллиардную метра (три миллиардных фута) в ширину. Но Яо с трудом набирал их в достаточном количестве для своих исследований.
Обескураженный, он рассказал о проблеме Дереку Ловли. Этот микробиолог также работает в UMass. Ловли рассказал Яо о бактериях, которые образуют нанонити белка. Чтобы выяснить, могут ли они заменить нанопроволоки, пара объединилась.
Бактерии Geobacter обитают в грязи. Ловли впервые обнаружил эти микробы более 30 лет назад. С тех пор эти микробы использовались для очистки разливов нефти и радиоактивных отходов.
Бактерии вырастают проволочные белковые нити по всей поверхности своих клеток. «Они выглядят как миниатюрные морские ежи», - говорит Яо. Когда микробы превращают пищу в энергию, они выделяют электроны. Эти электроны проходят через белковые нити, попадая в грязь на железе.
Для нового исследования Ловли удалил нанонити из миллиардов этих бактерий. Затем команда Яо зажала облако похожих на проволоку нитей между двумя маленькими золотыми металлическими пластинами. (Представьте, что вы берете горсть ниток и гладите их.) Золото служит электродами. Они вступают в контакт с неметаллической частью электрической цепи (эти белковые провода). Затем аспирант Сяомэн Лю приложил напряжение между двумя электродами. Яо сравнивает это с подключением их к батарее. Когда Лю сделал это, электричество - поток электронов - прошел через систему. Белковые «проволочки» теперь вели себя как металлические.
Лабораторное устройство помещает пленку из белковых нанопроволок между двумя золотыми электродами.
Счастливая случайность
Однажды Лю забыл включить напряжение. Тем не менее, он видел, что через устройство все равно проходит электричество. К его удивлению, белковые нанопровода создали электричество. После тестирования исследователи показали, что влажность воздуха - содержание воды - питала установку.
Взволнованные, исследователи решили проверить, насколько хорошо работает их новая система. Они начали с одного крошечного устройства. Его нижний электрод имел ширину всего 5 миллиметров (0,2 дюйма). Поверх него был слой нанопроволок толщиной 7 микрометров (что намного тоньше человеческого волоса). Сверху располагался квадратный электрод меньшего размера, по 1 миллиметру с каждой стороны.
Устройство вырабатывало электричество при всех протестированных уровнях влажности, но оно вырабатывало больше при высокой влажности. На максимальной мощности он выдавал устойчивые 0,5 вольт. Когда исследователи подключили пять устройств, они получили в пять раз больше энергии. Накрыв устройство, чтобы вода не попадала в нанопроволоки, отключите его выработку электроэнергии. Снятие крышки снова включило устройство. По словам Яо, хотя мощность одного устройства крошечная, группа из них может заряжать телефон или зажигать лампу.
Ключ к системе - небольшие промежутки между нанопроводами, называемые нанопорами. Они позволяют воде перемещаться между проводами. Больше воды собирается на стороне маленького электрода, где упаковка нанопроволоки контактирует с воздухом. Меньше собирается на стороне, где нанопроволоки соприкасаются с большим электродом. Эта разница, или градиент, вызывает накопление положительного заряда на одной стороне «проводов» и отрицательного заряда на другой. Яо говорит, что это немного похоже на то, как образуется молния. «Движение молекул воды создает разделение зарядов в облаке», - объясняет он. «В конце концов, он достигает порога, и облако разряжается», производя молнию.
Команда описала свое изобретение 27 февраля в Nature.
Энергия будущего?
По словам Яо, новое устройство может стать серьезной инновацией в области возобновляемых источников энергии. В конце концов, отмечает он, «влажность везде». Устройства очень тонкие, их можно штабелировать. В отличие от солнечных батарей, они не нуждаются в свете или для покрытия большой площади. Их можно использовать в помещении или на улице. Они даже могут стать частью мебели, сотовых телефонов и многого другого, не будучи заметными.
По словам Яо, самое приятное то, что сбор микробной проволоки не производит вредных химикатов. А когда в устройствах больше нет необходимости, золотые электроды можно использовать повторно или переработать. Нанопроволоки можно выбросить, позволяя белку разрушиться естественным путем. Это означает, что, в отличие от других видов возобновляемой энергии, по словам Яо, нет долгосрочных отходов, загрязняющих окружающую среду.
«Похоже, это важная технология», - говорит Цюаньбинь Дай. Он исследователь нанотехнологий, который не принимал участия в исследовании. Он работает в Университете Кейс Вестерн Резерв в Кливленде, штат Огайо. Он отмечает, что у многих людей есть «сотовые телефоны и носимая электроника, которые необходимо заряжать». По его словам, идея приводить их в действие из влажного воздуха очень привлекательна. Белковые нанопроволоки могут производить электроэнергию где угодно и в любое время суток. «Будет интересно увидеть, как это будет успешно реализовано», - говорит он.
Яо и Ловли уже работают над тем, чтобы это произошло. Одно из ограничений на данный момент - как быстро вырастить достаточное количество микробных нанопроволок. Но Ловли участвует. Он уже внедрил ген для создания нанопроволок в быстрорастущие бактерии.
Это одна из серии новостей о технологиях и инновациях, которая стала возможной благодаря щедрой поддержке Фонда Лемельсона.
Некоторые бактерии могут натворить многих бед здоровью. В такую категорию входят определенные стрептококки.
Стрептококки - это грамположительные бактерии овальной или сферической формы, которые могут существовать в группах или изолированные, быть анаэробными ли аэробными.
Они наблюдаются везде: на коже, в дыхательных путях, в пищевой системе, на слизистых оболочках половых органов.
Стрептококки классифицируются в зависимости от различных факторов (гемолизирующая способность, присутствие антигена Лэнсфилд).
Изучение этих характеристик является очень важной, ведь в зависимости от них, можно понять, как эти бактерии взаимодействуют с человеческим организмом.
Классификация Лэнсфилд базируется на присутствии антигена полизахарида С в клеточной стенке стрептококка.
С точки зрения этой классификации самыми опасными считаются β-гемолитические стрептококки группы А.
Стрептококки viridans не относятся к ни одной группе.
Гемолизирующая способность наблюдается у β-гемолитических и у α-гемолитических стрептококков.
Это свойство стрептококков состоит в частичном или полном гемолизе эритроцитов.
По этому поводу также β-гемолитические считаются самыми опасными.
Гемолитическая способность стрептококков связана с возможностью производить стрептолизин О. Чем больше этого антигенного вещества производят эти бактерии тем опаснее они являются для организма.
Врагами стрептококков являются следующие факторы:
повышенная температура выше 60 °С на протяжении 1 часа;
настойка йода;
перекись водорода.
Самыми встречаемыми стрептококковыми инфекциями считаются:
рожа (эризипелиод);
эндокардиты;
артриты;
сепсис;
фарингиты;
синуситы;
скарлатина;
абсцесс;
перитониты.
Диагностика стрептококковых инфекций проводится путём изоляции и идентификации возбудителя.
Для лечения стрептококковых инфекций, конечно же, используются антибиотики. Если стрептококки группы А являются чувствительными к пенициллину, другие же требуют проведения антибиотикограммы.
Мы нуждаемся в кислороде. Этот газ используется во многих метаболических процессах, главным из них являясь дыхание.
За газовый обмен в нашем организме отвечают легкие. Существуют различные угрозы по отношению к ним: паразиты, микроскопические грибы, бактерии и, конечно же, вирусы.
Инфекции на уровне легких часто характеризуются пневмонией (чаще всего пневмококковая).
Бактериальные
Бактериальные инфекции легких могут сопровождаться как типичными проявлениями (например: пневмония, повышенная температура и озноб), так и атипичными (например: головная боль, сухой кашель, мышечные боли).
Для лечения бактериальных инфекций легких используются антибиотики (пенициллины - при типичных формах, макролиды - при атипичных).
Вирусные
Самыми распространенными вирусами атакующие легкие являются вирус гриппа и респираторно-синцитиальный вирус. Немаловажными также считаются коронавирусы.
Обычно, вирусная инфекция дыхательной системы сопровождается повышением температуры. У чувствительных людей могут наблюдаться осложнения (вторичные бактериальные инфекции).
Для лечения вирусных инфекций легких применяются жаропонижающие и анальгетические средства.
В профилактических целях используется вакцинация (если есть прививка).
Паразитарные
Паразиты тоже могут натворить бед на уровне легких.
Амебиаз, аскаридоз, легочный дистоматоз и эхинококкоз являются самыми распространенными паразитарными инфекциями легких.
Амебиаз причиняется Entamoeba histolytica и передаётся человеку с зараженной едой или водой.
Из-за амебиаза может возникнуть амебный абсцесс.
Для лечения используется метронидазол.
Аскаридоз - это другое паразитарное заболевание с последствиями для легких.
Важным симптомом аскаридоза считается синдром Леффлера (расстройство пищеварения, повышенная температура, кровохарканье, затрудненное дыхание).
Для лечения используются мебендазол, пирантел, флубендазол.
Эхинококкозом можно заразиться от собак. На уровне легких расстройство может проходить незамеченным.
В качестве лекарства применяется альбендазол.
Грибковые
Как правило, грибковые инфекции (аспергиллез, пневмоцистоз) поражают легкие при пониженном иммунитете.
С увеличением численности зараженных ВИЧ-инфекцией случаи грибковых инфекций на уровне легких участились.
Все мы знаем о Красной Книге, которая занимается учётом исчезнувших или на краю исчезновения животных.
Конечно же, Красная Книга - это очень печальный документ, но какие представители живого мира находятся в лидерах по распространенности?
Лягушки? Жуки? Крысы? Кузнечики? Воробьи?
Нет! Самыми распространенными организмами на нашей планете являются микробы.
Микробы - это такие организмы, которых вы не сможете увидеть свободным глазом, но их численность никто точно не знает (их очень много!).
Мы даже не знаем, сколько видов микробов существует на самом деле, а это бактерии, вирусы и даже микроскопические грибы.
Вредными микробами считаются те, которые причиняют болезни.
Что такое бактерии?
Бактерии являются очень маленькими живыми организмами (микроорганизмами), которые живут вежде (в воздухе, в воде и в почве). Хотя немало плохого о них известно, большинство бактерий не являются опасными для человека.
Бактерии бывают таких категорий:
кокки, палочки и спирохеты;
грамположительные и грамотрицательные;
аэробные (нуждающиеся в кислороде) и анаэробные (живущие в отсутствии кислорода).
Опасные для человека бактерии характеризуются различной вирулентностью и свойством производить токсины.
Для лечения бактериальных инфекций используются антибиотики.
Что такое вирусы?
Вирусы - это маленькие полуживые микроорганизмы, которые не могут размножаться без хозяина (бактерии или клетки многоклеточного организма).
Их структура является весьма простой, а классификация вирусов включает около 20 семейств.
Некоторые вирусы могут стать причиной онкологических расстройств из-за того что они меняют генетическую информацию клеток.
Для лечения вирусных инфекций используются противовирусные препараты.
Что такое микроскопические грибы?
Микроскопические грибы - это целая категория, включающая плесень, мицеллы и дрожжи.
Болезни, связанные с микроскопическими грибами, называются микозами.
Самым "ярким" представителем этой категории считается Кандида альбиканс (Candida albicans).
Для лечения грибковых инфекций используются противогрибковые препараты.
Что такое паразиты?
Паразиты - это категория организмов различных групп, общей чертой которых является паразитизм!
Таким образом, эти организмы живут за счёт других организмов, используя для жизнедеятельности питательные вещества, ткани и кровь хозяина.
Для лечения паразитарных заболеваний используются противопаразитарные средства.