La vitamina D migliora le difese verso il Covid 19

I ricercatori del Trinity College di Dublino chiedono al governo irlandese di modificare le raccomandazioni per gli integratori di vitamina D. Una nuova ricerca della dott.ssa Eamon Laird e della professoressa Rose Anne Kenny, School of Medicine, e dell’Irish Longitudinal Study on Aging (TILDA), in collaborazione con il professor Jon Rhodes _Università di Liverpool_, sottolinea l’associazione tra livelli di vitamina D e la mortalità da COVID-19. Gli autori, hanno analizzato tutti gli studi sulla popolazione adulta europea, completati dal 1999, che hanno misurato la vitamina D e confrontato la vitamina D e i tassi di mortalità da COVID-19. La vitamina D viene prodotta nella pelle dall’esposizione alla luce solare UVB e viene trasportata nel fegato e poi nel rene dove viene trasformata in un ormone attivo che aumenta il trasporto del calcio dal cibo nell’intestino e, garantisce che il calcio sia adeguato a mantenere lo scheletro forte e libero di osteoporosi.La vitamina D può anche supportare il sistema immunitario attraverso una serie di vie immunitarie coinvolte nella lotta contro la SARS-CoV-2. Molti studi recenti confermano il ruolo chiave della vitamina D nelle infezioni virali. Questo studio mostra che, contrariamente a quanto si pensa, intuitivamente, i paesi a bassa latitudine e i paesi tipicamente soleggiati, come la Spagna e il Nord Italia, avevano basse concentrazioni di vitamina D e alti tassi di carenza di vitamina D. Questi paesi hanno anche registrato i più alti tassi di infezione e mortalità in Europa. I paesi della latitudine settentrionale di Norvegia, Finlandia e Svezia hanno livelli più alti di vitamina D nonostante una minore esposizione alla luce solare UVB, poiché l’integrazione e la fortificazione degli alimenti sono più comuni. Questi paesi nordici hanno tassi di infezione e mortalità per COVID-19 più bassi. La correlazione tra bassi livelli di vitamina D e morte per COVID-19 è statisticamente significativa. Mentre l’ottimizzazione dei livelli di vitamina D andrà sicuramente a beneficio della salute delle ossa e dei muscoli, i dati suggeriscono che è probabile che riduca anche gravi complicanze della COVID-19. Ciò può essere dovuto al fatto che la vitamina D è importante nella regolazione e nella soppressione della risposta infiammatoria delle citochine, che causa le gravi conseguenze della COVID-19 e la “sindrome da distress respiratorio acuto” associata alla ventilazione e alla morte.  “In Inghilterra, Scozia e Galles, -ha dichiarato Rose Anne Kenny– gli enti di salute pubblica hanno rivisto le raccomandazioni dopo l’epidemia di COVID-19. I consigli ora affermano che tutti gli adulti dovrebbero assumere almeno 400 UI di vitamina D al giorno. Attualmente non ci sono risultati da studi controllati randomizzati per dimostrare in modo conclusivo che la vitamina D influisce positivamente sugli esiti di COVID-19, vi sono forti prove circostanziali di associazioni tra  e la gravità delle risposte di COVID-19, compresa la morte. ” Lo studio conferma ulteriormente questa associazione. Il governo irlandese dovrebbe perciò aggiornare le linee guida con urgenza e incoraggiare tutti gli adulti a prendere integratori durante la crisi COVID-19. La carenza è frequente in Irlanda. La carenza è prevalente con l’età, l’obesità, negli uomini, nelle minoranze etniche, nelle persone con diabete, ipertensione e nelle case di cura”. “Nelle prove osservative-ha aggiunto il dr. Eamon Laird- si riscontra un legame tra vitamina D e mortalità. L’ottimizzazione dell’assunzione di vitamina D secondo le linee guida di salute pubblica avrà sicuramente benefici per la salute generale e sosterrà la funzione immunitaria. Ricerche come questa sono ancora esplorative e necessitano ulteriori studi per avere prove concrete sul livello di vitamina D necessario per una funzione immunitaria ottimale. Tuttavia, studi come questo ci ricordano anche quanto sia basso il nostro stato di vitamina D nella popolazione (anche nei paesi soleggiati) e aggiunge ulteriore peso a una sorta di politica obbligatoria di fortificazione della vitamina D. Se i paesi nordici sono autorizzati a farlo, non c’è motivo per cui l’Irlanda, il Regno Unito o il resto dell’Europa non possano farlo. “

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Rimozione sostanze tossiche nell’acqua con metodo ecologico

I ricercatori dell’Università di Swansea hanno sviluppato un nuovo metodo ecologico per la rimozione di sostanze chimiche tossiche dall’acqua. Una macchina di nuova invenzione, chiamata Matrix Assembly Cluster Source (MACS), è stata utilizzata per progettare un metodo innovativo di trattamento delle acque utilizzando un approccio privo di solventi. La ricerca, condotta all’Institute for Innovative Materials, Processing and Numerical Technologies (IMPACT) all’interno del College of Engineering della Swansea University, è guidata dal professor Richard Palmer. “Le molecole organiche dannose,- spiega Palmer- vengono distrutte da un potente agente ossidante, l’ozono, che viene potenziato da un catalizzatore. Di solito tali catalizzatori sono fabbricati con metodi chimici usando solventi, il che crea un altro problema: come gestire gli effluenti dal processo di fabbricazione? L’innovazione di Swansea è una macchina appena inventata che produce il catalizzatore con metodi fisici, senza solventi e quindi senza effluenti. La nuova tecnica è un cambiamento radicale nell’approccio al trattamento delle acque e ad altri processi catalitici “.: “Il nostro nuovo approccio alla realizzazione di catalizzatori per i trattamenti delle acque- ha continuato Palmer- utilizza un processo fisico basato sul vuoto e privo di solventi. Le particelle di catalizzatore sono ammassi di atomi d’argento, realizzati con la macchina MACS appena inventata. Risolve il problema di vecchia data del basso tasso di produzione dei cluster – il che significa che, per la prima volta, è ora possibile produrre abbastanza cluster per lo studio a livello di provetta, con il potenziale per poi scalare ulteriormente al livello di produzione in piccoli lotti e oltre. ” I grappoli sono circa 10.000 volte più piccoli della larghezza di un capello umano e sono stati di notevole interesse per i ricercatori a causa delle loro proprietà uniche. Tuttavia, a causa del tasso inadeguato di produzione di cluster, la ricerca in questo settore è stata limitata. Il nuovo metodo MACS ha cambiato questo aspetto: aumenta l’intensità del fascio di cluster per produrre abbastanza grammi di polvere di cluster per test pratici. L’aggiunta di ozono alla polvere, quindi, distrugge i prodotti chimici inquinanti dall’acqua, in questo caso il nitrofenolo. “L’approccio MACS alla progettazione su scala nanometrica di materiali funzionali -riassume Palmer sul potenziale futuro di questa tecnologia rivoluzionaria, – apre orizzonti completamente nuovi in ​​una vasta gamma di discipline – dalla fisica e chimica alla biologia e ingegneria. Pertanto, ha il potere di consentire progressi radicali nella tecnologia avanzata: catalizzatori, biosensori, materiali per la generazione e lo stoccaggio di energia rinnovabile. Sembra molto appropriato che la prima dimostrazione pratica del processo di produzione ecocompatibile di Swansea riguardi qualcosa di cui tutti siamo preoccupati: l’acqua pulita! “

 

Il MACS riesce a produrre catalizzatori senza usare solventi ma con metodi fisici
Il MACS riesce a produrre catalizzatori senza usare solventi ma con metodi fisici

Lo schema e la mappa

NUOVE OPZIONI PER LA CODIFICA DEI COMPUTER QUANTISTICI

Un computer quantico
Lenti i progressi proprio per le difficoltà di gestire la porta quantistica

Il teorico e sviluppatore dell’algoritmo quantistico PNNL Nathan Wiebe sta applicando idee dalla scienza dei dati e dagli hack di gioco al calcolo quantistico. Tutti coloro che lavorano su computer quantistici sanno che i dispositivi sono soggetti a errori. L’unità base della programmazione quantistica – la porta quantistica – fallisce circa una volta ogni cento operazioni. E quel tasso di errore è troppo alto. Nathan Wiebe di PNNL sta anticipando la scrittura di codice che è sicuro che verrà eseguito su computer quantistici quando saranno pronti. Professore di fisica all’Università di Washington, Wiebe sta formando la prossima generazione di teorici e programmatori di calcolo quantistico. Lamenta che “c’è un abisso così grande tra dove siamo adesso e dove dobbiamo essere, ma altrettanto rapidamente, elimina i dubbi e spiega che “siamo già nel punto in cui stiamo facendo cose che sono davvero interessanti”. È questa mentalità all’avanguardia che lo ha collocato come leader globale nello sviluppo di algoritmi quantistici . La codifica per computer quantistici richiede sbalzi di immaginazione che possono essere scoraggianti su un livello, ma Wiebe sottolinea che qualsiasi appassionato di Minecraft di 15 anni non avrebbe problemi a comprendere le basi di come funziona. Il popolare videogioco building block ha generato una comunità di programmatori entusiasti . L’universo di Minecraft ha le sue regole interne e alcune di esse non hanno del tutto senso – proprio come alcune delle regole dell’universo quantico non sembrano chiare, nemmeno ai fisici. Nonostante non capiscano perché le regole di Minecraft funzionano nel modo in cui funzionano, i giocatori imparano invece come funziona la fisica di Minecraft e come sfruttare tale conoscenza per svolgere compiti che i creatori di giochi potrebbero non aver inteso. I programmatori di computer quantistici hanno una sfida simile. Di fronte alle strane regole della meccanica quantistica, cercano di trovare modi creativi per “hackerarli” e costruire computer che, in alcuni casi, possono risolvere problemi trilioni di volte più veloci dei normali computer utilizzando effetti quantistici come l’interferenza e l’ entanglement che ordinario mancanza di computer. “Su un computer quantistico, – secondo le informazioni di Wiebe- quando provi a misurare i bit quantistici, ritornano ai bit ordinari. Con un computer quantistico devi essere più sottile di quanto non faccia con i computer ordinari. Devi convincere le informazioni sul sistema senza danneggiare le informazioni che sono state codificate lì. “Abbiamo trovato strane regole della meccanica quantistica, -ha dettagliato- e solo ora ci stiamo chiedendo come possiamo sfruttare queste regole per permetterci di calcolare“. Lo studio dell’efficienza dei motori termici ha rivelato la seconda legge della termodinamica, come lo studio dell’informatica quantistica potrebbe rivelare una comprensione più profonda dei limiti che la fisica pone sulla nostra capacità di calcolo, nonché delle nuove opportunità che offre collaborare tra i campi. “L’informatica quantistica non è semplicemente fisica, -ha spiegato Wiebe– esiste nell’intersezione tra molti campi, tra cui fisicainformaticamatematicascienza dei materiali e, sempre più, scienza dei dati.Come Watt e Carnot, -dice ancora Wiebe- non abbiamo necessariamente bisogno di catturare tutta la minutia che sta accadendo all’interno del sistema. “Una delle prime utili tecnologie quantistiche è quella dei sensori quantistici, dispositivi che usano segnali quantici per misurare parametri come la temperatura e i campi magnetici. Wiebe ha lavorato con un team internazionale di colleghi per applicare le tecniche di apprendimento automatico a un problema delicato nel rilevamento quantico. I biologi vogliono usare questi sensori per misurare ciò che accade all’interno delle singole cellule. I sensori sono fatti di diamanti con alcuni difetti che possono essere utilizzati per inviare segnali quantici. Il problema è che, a temperatura ambiente, i segnali del sensore quantistico contengono troppi errori per essere pratici. Gli esperimenti sono positivi, a meno che il tutto non fosse raffreddato a temperature di elio liquido (-452,2 ° F), che ovviamente non è opportuna per le cellule viventi. Wiebe e colleghi hanno risolto il problema eseguendo gli esperimenti a temperatura ambiente e quindi applicando un algoritmo che utilizzava tecniche di analisi dei dati e apprendimento automatico per correggere il segnale soggetto a errori e rumoroso. “Abbiamo avuto, -ha poi spiegato – la stessa sensibilità dell’esperimento criogenico molto freddo senza costi aggiuntivi, affermando che applicare gli stessi principi potrebbe essere proprio la cosa necessaria per correggere porte quantistiche rumorose e soggette a errori. Wiebeè fermamente convinto che rendere pratica l’informatica quantistica richiederà gli sforzi interdisciplinari combinati dei ricercatori in molti campi che imparano a parlare reciprocamente le lingue.” Se siamo in grado, -ha infine concluso-, di costruire un computer quantistico, allora abbiamo la capacità di risolvere problemi attualmente irrisolvibili in chimica e scienza dei materiali e fisica. La sfida impone entrambi limiti e offre nuove opportunità. Il calcolo quantistico ci obbliga a comprendere meglio cosa significa calcolare. “

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Un nuovo qbit per i computers quantistici

Un computer quantistico è qualsiasi dispositivo per il calcolo che fa uso diretto di fenomeni meccanici distintamente quantistici, come la sovrapposizione e l’entanglement, per eseguire operazioni sui dati. In un computer classico (o convenzionale), le informazioni sono memorizzate come bit; in un computer quantistico, è memorizzato come qubit (bit quantici).Il principio di base del calcolo quantistico è che le proprietà quantistiche possono essere utilizzate per rappresentare e strutturare i dati e che i meccanismi quantistici possono essere ideati e costruiti per eseguire operazioni con questi dati. Sebbene il calcolo quantistico sia ancora agli inizi, sono stati condotti esperimenti in cui le operazioni di calcolo quantistico sono state eseguite su un numero molto piccolo di qubit. La ricerca in entrambe le aree teoriche e pratiche continua ad un ritmo frenetico e sono molti a supportare la ricerca di calcolo quantistico per sviluppare computer quantistici per scopi di sicurezza sia civili che nazionali, come la crittoanalisi. Se possono essere costruiti computer quantistici su larga scala, saranno in grado di risolvere alcuni problemi in modo esponenzialmente più veloce di qualsiasi dei nostri computer classici attuali (ad esempio l’algoritmo di Shor). I computer quantistici sono diversi da altri computer come computer DNA e computer tradizionali basati su transistor. Alcune architetture informatiche come i computer ottici possono utilizzare la sovrapposizione classica delle onde elettromagnetiche, ma senza alcune risorse meccaniche quantistiche specifiche come l’entanglement, hanno meno potenziale di accelerazione computazionale rispetto ai computer quantistici. Si ritiene che la potenza dei computer quantistici come la fattorizzazione a numeri interi sia impossibile dal punto di vista computazionale con un normale computer per numeri interi grandi che sono il prodotto di pochi numeri primi (ad esempio, prodotti di due numeri primi a 300 cifre). In confronto, un computer quantistico potrebbe risolvere questo problema in modo più efficiente di un computer classico usando l’algoritmo di Shor per trovare i suoi fattori. Questa capacità consentirebbe a un computer quantistico di “rompere” molti dei sistemi crittografici in uso oggi, nel senso che ci sarebbe un algoritmo polinomiale (nel numero di bit dell’intero) per risolvere il problema. In particolare, la maggior parte dei cifrari a chiave pubblica popolari si basa sulla difficoltà del factoring di numeri interi, comprese le forme di RSA. Vengono utilizzati per proteggere pagine Web sicure, e-mail crittografate e molti altri tipi di dati. La rottura di questi avrebbe implicazioni significative per la privacy e la sicurezza elettronica. L’unico modo per aumentare la sicurezza di un algoritmo come RSA sarebbe aumentare le dimensioni della chiave e sperare che un avversario non abbia le risorse per costruire e usare un computer quantico abbastanza potente. Sembra plausibile che sarà sempre possibile costruire computer classici che abbiano più bit del numero di qubit nel più grande computer quantistico.

Un team di ricercatori dell’UCLA ha stabilito un nuovo record per preparare e misurare i bit quantici, o qubit, all’interno di un computer quantistico senza errori. Le tecniche che hanno sviluppato rendono più semplice la costruzione di computer quantistici che superano i computer classici per compiti importanti, inclusa la progettazione di nuovi materiali e prodotti farmaceutici. La ricerca include, inoltre, l’eccezionale ricerca sull’informazione quantistica e l’informatica quantistica. Attualmente, i computer quantistici più potenti sono dispositivi “rumorosi su scala intermedia quantistica” (NISQ) e sono molto sensibili agli errori. L’errore nella preparazione e nella misurazione dei qubit è particolarmente oneroso: per 100 qubit, un errore di misurazione dell’1% significa che un dispositivo NISQ produrrà una risposta errata circa il 63% delle volte, ha affermato Eric Hudson, professore di fisica e astronomia dell’UCLA. Per affrontare questa grande sfida, i colleghi di Hudson e UCLA hanno recentemente sviluppato un nuovo qubit ospitato in uno ione di bario radioattivo raffreddato a laser. Questo “goldilocks ion” ha proprietà quasi ideali per la realizzazione di dispositivi quantici a bassissimo tasso di errore, consentendo al gruppo UCLA di raggiungere un tasso di errore di preparazione e misurazione di circa lo 0,03%, inferiore a qualsiasi altra tecnologia quantistica fino ad oggi, ha detto Wesley Campbell, professore di fisica e astronomia dell’UCLA. Lo sviluppo di questo nuovo entusiasmante qubit all’UCLA dovrebbe avere un impatto su quasi ogni area della scienza dell’informazione quantistica, ha affermato Hudson. Questo ione radioattivo è stato identificato come un sistema promettente in reti quantistiche, rilevamento, tempistica, simulazione e calcolo, e il documento dei ricercatori apre la strada a dispositivi NISQ su larga scala.

Una “freccia avvelenata” per uccidere i batteri resistenti agli antibiotici

Il meccanismo della freccia avvelenata

Il veleno è letale da solo – e le frecce – che insieme possono abbattere gli avversari più forti.  Scoperto un antibiotico che perfora simultaneamente le pareti batteriche e distrugge il folato all’interno delle loro cellule – uccidendo come una freccia avvelenata – dimostrando al contempo di essere immune alla resistenza agli antibiotici.

Staphylococcus aureus

Il veleno è letale da solo – come lo sono le frecce – ma la loro combinazione è di maggiore efficacia. Un’arma che attacca simultaneamente dall’interno e dall’esterno può abbattere anche gli avversari più forti, da E. coli a MRSA (Staphylococcus aureus resistente alla meticillina). Un team di ricercatori di Princeton riferisce di aver trovato un composto, SCH-79797, che può contemporaneamente perforare le pareti batteriche e distruggere il folato all’interno delle loro cellule – pur essendo immune alla resistenza agli antibiotici. Le infezioni batteriche sono di due tipi: Gram-positive e Gram-negative – chiamate così per lo scienziato che ha scoperto come distinguerle. La differenza fondamentale è che i batteri Gram-negativi sono corazzati con uno strato esterno che elimina la maggior parte degli antibiotici. Nessuna nuova classe di farmaci che uccidono Gram-negativi è arrivata sul mercato da quasi 30 anni. “Questo è il primo antibiotico in grado di colpire Gram-positivi e Gram-negativi senza resistenza, -ha dichiarato Zemer Gitai, professore di biologia all’ Edwin Grant Conklin– Princeton e autore del documento. “Dal punto di vista del ” perché è utile “, questo è il punto cruciale. Questi scienziati sono più entusiasti di qualcosa che rivela su come funziona questo antibiotico – attaccando attraverso due diversi meccanismi all’interno di una molecola –  quindi siamo speranzosi che la speranza sia generalizzabile, portando a migliori antibiotici – e nuovi tipi di antibiotici – in futuro “. La più grande debolezza degli antibiotici è che i batteri si evolvono rapidamente per resistere a loro. Ebbene il team di Princeton ha scoperto che anche con uno sforzo straordinario, non erano in grado di generare alcuna resistenza a questo composto. “Questo è davvero promettente, -ha detto Gitai -, motivo per cui chiamiamo i derivati ​​del composto ‘Irresistin'”. È il Santo Graal della ricerca sugli antibiotici: un antibiotico efficace contro le malattie e immune alla resistenza pur essendo sicuro nell’uomo (a differenza dello sfregamento di alcol o candeggina, irresistibilmente fatali sia per le cellule umane che per le cellule batteriche). “Per un ricercatore di antibiotici, -ha detto James Martin, dottorato di ricerca del 2019- è come scoprire la formula per convertire il piombo in oro o cavalcare un unicorno – qualcosa che tutti vogliono ma nessuno crede davvero che esista”. Martin ha trascorso gran parte della sua carriera di laurea lavorando a questo composto. “La mia prima sfida, –  ha poi detto-, è stata convincere il laboratorio che era vero”.  L’irresistibilità è un’arma a doppio taglio. La tipica ricerca sugli antibiotici prevede la ricerca di una molecola in grado di uccidere i batteri, l’allevamento di più generazioni fino a quando i batteri non sviluppano resistenza ad essa, osservando come opera esattamente quella resistenza e utilizzandola per decodificare il funzionamento della molecola. SCH-79797 è irresistibile, per cui non c’era nulla da decodificare. “Questa è stata, -rimarca Gitai-, una vera impresa tecnica”. “Nessuna resistenza è un vantaggio dal lato dell’utilizzo, ma una sfida dal lato scientifico.” Il team di ricerca ha affrontato due enormi sfide tecniche: cercare di dimostrare il negativo – cioè nulla può resistere a SCH-79797 – e quindi capire come funziona il composto. Per dimostrare la sua resistenza alla resistenza, Martin ha provato infiniti test e metodi diversi, nessuno dei quali ha rivelato una particella di resistenza al composto SCH. Alla fine, ha provato la forza bruta: per 25 giorni, l’ha “superato in serie”, il che significa che ha esposto i batteri al farmaco ancora e ancora e ancora. Poiché i batteri impiegano circa 20 minuti per generazione, i germi hanno avuto milioni di possibilità di sviluppare resistenza – ma non lo hanno fatto. Per verificare i loro metodi, il team ha anche sottoposto in serie altri antibiotici (novobiocina, trimetoprim, risina e gentamicina) e hanno rapidamente sviluppato resistenza nei loro confronti. Dimostrare un negativo è tecnicamente impossibile, quindi i ricercatori usano frasi come “frequenze di resistenza irrimediabilmente basse” e “nessuna resistenza rilevabile”, ma il risultato è che SCH-79797 è irresistibile – da qui il nome che hanno dato ai suoi composti derivati, Irresistin. Hanno anche provato a usarlo contro le specie batteriche note per la loro resistenza agli antibiotici, tra cui la Neisseria gonorrhoeae, che è nella top 5 delle minacce urgenti pubblicata dal Center for Disease Control and Prevention. “La gonorrea, – ha detto Gitai-, pone un enorme problema rispetto alla resistenza multidroga. Abbiamo esaurito i farmaci per la gonorrea. Con le infezioni più comuni, i farmaci generici della vecchia scuola funzionano ancora. Quando due anni fa mi sono fatto male alla gola, mi è stata somministrata la penicillina-G – la penicillina scoperta nel 1928! Ma per N. gonorrhoeae, i ceppi standard che circolano nei campus universitari sono super resistenti ai farmaci. Quella che era l’ultima linea di difesa, il farmaco di emergenza in caso di emergenza per Neisseria, è ora in prima linea standard di cura. Ecco perché questo è particolarmente importante ed eccitante che potremmo curare “. È stato persino ottenuto un campione del ceppo più resistente di N. gonorrhoeae dalle volte dell’Organizzazione mondiale della sanità – un ceppo resistente a tutti gli antibiotici conosciuti – e “Joe , – ha detto Gitai -, ha mostrato che il nostro ragazzo ha ancora ucciso questo ceppo, con un palese riferimento a Joseph Sheehan, co-primo autore del documento e direttore del laboratorio del Gitai Lab. Per cui siamo piuttosto entusiasti di questo.”

La freccia a punta di veleno                                                                           Sono stati impiegati anni a cercare di determinare in che modo la molecola uccide i batteri, utilizzando una vasta gamma di approcci, dalle tecniche classiche in circolazione dalla scoperta della penicillina alla tecnologia all’avanguardia. Martin, alla fine, ha rivelato che SCH-79797 utilizza due meccanismi distinti all’interno di una molecola, come una freccia ricoperta di veleno.”La freccia deve essere affilata, – ha detto Benjamin Bratton, associato di biologia molecolare e docente al Lewis Sigler Institute for Integrative Genomics, secondo co-primo autore- per ottenere il veleno, ma anche il veleno deve uccidere da solo”.La freccia prende di mira la membrana esterna – penetrando anche attraverso la spessa armatura di batteri Gram-negativi – mentre il veleno distrugge i folati, elemento fondamentale di RNA e DNA. C’è stata sorpresa nello scoprire che i due meccanismi operano in sinergia, combinandosi in più di una somma delle loro parti. “Se prendi solo quelle due metà, – ha detto Bratton -, ci sono farmaci disponibili in commercio che possono attaccare una di quelle due vie – ma non uccidono in modo efficace come la nostra molecola, a cui sono uniti insieme sullo stesso corpo “. C’era un problema: l’originale SCH-79797 uccideva le cellule umane e le cellule batteriche a livelli più o meno simili, e come medicina correva il rischio di uccidere il paziente prima di uccidere l’infezione. Il derivato Irresistin-16 lo ha corretto. È quasi 1.000 volte più potente contro i batteri rispetto alle cellule umane, rendendolo un antibiotico promettente. La conferma finale è stata quella di dimostrare di poter usare Irresistin-16 per curare i topi infetti da N. gonorrhoeae.  La speranza Il paradigma della freccia avvelenata potrebbe rivoluzionare lo sviluppo di antibiotici, – ha affermato KC Huang, professore di bioingegneria, microbiologia e immunologia all’Università di Stanford- non coinvolto in questa ricerca.”Il particolare, – ha detto Huang-, che non può essere sopravvalutato è che la ricerca antibiotica si è fermata per un periodo di molti decenni. È raro trovare un campo scientifico che sia così ben studiato e tuttavia così bisognoso di una scossa di nuova energia.La freccia avvelenata, -ha aggiunto Huang, ricercatore post dottorato a Princeton dal 2004 al 2008- , la sinergia tra due meccanismi di attacco dei batteri, può fornire esattamente questo”. Questo composto è già così utile da solo, ma anche le persone possono iniziare a progettare nuovi composti ispirati da questo. Questo ha reso il lavoro così eccitante. “In particolare, ciascuno dei due meccanismi – la freccia e il veleno – prende di mira i processi presenti sia nei batteri che nelle cellule dei mammiferi. Il folato è vitale per i mammiferi (motivo per cui alle donne in gravidanza viene detto di assumere acido folico) e, naturalmente, sia i batteri che le cellule dei mammiferi hanno membrane. C’è un’intera classe di obiettivi che è stato in gran parte trascurato perché si pensava: “Non posso bersagliarlo, – ha detto Gitai – perché allora ucciderei anche l’umano'”. “Questo studio afferma, – ha concluso Huang-, che possiamo tornare indietro e rivisitare quelli che pensavamo fossero i limiti del nostro sviluppo per nuovi antibiotici. Da un punto di vista sociale, è fantastico avere nuove speranze per il futuro”.

Il microbioma influenzato da contaminanti ambientali

I microbi che abitano il nostro corpo sono influenzati da ciò che mangiamo, beviamo, respiriamo e assorbiamo attraverso la nostra pelle, senza dimenticare che la maggior parte di noi è cronicamente esposta a contaminanti ambientali naturali e di origine umana. Gli scienziati dell’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign riesaminano gli esiti della ricerca che collega dozzine di sostanze chimiche ambientali ai cambiamenti nel microbioma intestinale e alle relative sfide per la salute. Hanno indagato sui composti utilizzati nella produzione di beni di consumo, compresi i bisfenoli presenti negli imballaggi per alimenti in plastica e gli ftalati, che vengono utilizzati in tutto, dai pavimenti in vinile ai film plastici. È inclusa anche la scienza associata all’esposizione a inquinanti organici persistenti e metalli pesanti. I POP includono sostanze chimiche come PCB; perfluorochemicals, utilizzati in pentole antiaderenti e imballaggi alimentari; ritardanti di fiamma noti come difenil eteri polibromurati; pesticidi ed erbicidi. “Più di 300 contaminanti ambientali o sottoprodotti metabolici di tali contaminanti, – ha affermato Jodi Flaws, professore di bioscienze comparate negli Stati Uniti che ha condotto l’analisi con la studentessa dottorato Karen Chiu– sono stati misurati nelle urine umane, nel sangue o in altri campioni biologici“. “Prodotti chimici come bisfenoli, ftalati e alcuni pesticidi, inquinanti organici persistenti e metalli pesanti possono alterare il metabolismo ormonale e sono associati a esiti negativi per la salute. “Gli effetti negativi sulla salute associati a queste sostanze chimiche comprendono difetti riproduttivi e dello sviluppo, diabete di tipo 2, disfunzione cardiovascolare, malattie del fegato, obesità, disturbi alla tiroide e scarsa funzione immunitaria: come riportano i ricercatori. Dozzine di studi hanno esplorato il modo in cui le esposizioni chimiche influiscono sulla salute e gli scienziati stanno ora concentrando la loro attenzione su come queste sostanze chimiche influenzano i microbi intestinali. Gli studi sono stati condotti su ratti, topi, pesci, cani, galline, mucche, adulti e bambini umani, api da miele e altri organismi. L’esposizione ai bisfenoli, rilevabili nelle urine di oltre il 90% degli adulti negli Stati Uniti, aumenta i livelli di batteri Methanobrevibacter nell’intestino maschile. Questi microbi hanno dimostrato – nell’uomo e nei topi – di aumentare la capacità del loro ospite di estrarre più energia dal cibo. “Ciò solleva una forte possibilità che l’aumento di peso indotto da BPA sia causato almeno parzialmente da cambiamenti indotti da BPA nel microbioma intestinale“, hanno desunto perciò i ricercatori. Gli ftalati sono plastificanti e stabilizzanti che penetrano facilmente negli alimenti. Mangiare cibi contaminati da ftalati è la principale via di esposizione nell’uomo. Come i bisfenoli, gliftalati sono interferenti endocrini, il che significa che interferiscono con la normale segnalazione ormonale nel corpo. Un’elevata esposizione allo ftalato nei neonati umani è associata a cambiamenti nel microbioma intestinale e alterate risposte immunitarie alla vaccinazione. Nei topi, l’esposizione agli ftalati durante la pubertà sembra inibire la sintesi microbica del butirrato, metabolita essenziale per la salute intestinale, la regolazione immunitaria e la funzione neurologica. Gli inquinanti organici persistenti sono sostanze chimiche organiche oleose che possono persistere nell’ambiente per anni o decenni. “Studi recenti hanno studiato l’impatto dell’esposizione POP sul microbiota intestinale durante le fasi di sviluppo, giovanile e adulto in una varietà di animali, inclusi topi, pesci e umani”. L’esposizione ai PCB è associata a cambiamenti microbici nell’intestino e aumento della permeabilità intestinale, infiammazione intestinale e problemi cognitivi. I PCB erano usati come refrigeranti, e sono stati vietati negli Stati Uniti nel 1978 ma persistono nell’ambiente. I perfluorochemicals sono utilizzati in pentole antiaderenti, imballaggi per alimenti e tappeti antimacchia. I PFC sono collegati ai cambiamenti nel microbioma intestinale e al metabolismo lipidico alterato nei pesci femminili, ma non negli uomini, e nella loro prole. I mutamenti del microbioma persistevano nella prole e i giovani pesci avevano una mortalità più elevata rispetto a quelli le cui madri non erano esposte a PFC. Si è scoperto anche l’esposizione agli erbicidi a base di glifosato altera la composizione batterica del microbioma intestinale nei bovini, nei roditori e nelle api da miele. Aumentava i sintomi ansiosi e depressivi nei topi ed era associato ad un aumento dei batteri patogeni nei bovini. Il pesticida clorpirifoscolpisce le popolazioni microbiche nei roditori maschi e nei pesci esposti durante lo sviluppo e l’età adulta e provoca anche infiammazione e stress ossidativo nell’intestino.

“Tutti questi dati insieme, – ha detto Chiu– suggeriscono che l’esposizione a molte di queste sostanze chimiche ambientali, durante le varie fasi della vita, può alterare il microbioma intestinale in modi che influenzano la salute”. Le patologie associate ai microbiomi alterati dopo l’esposizione a sostanze chimiche ambientali comprendono disfunzione immunitaria, metabolismo dei carboidrati e lipidico alterato, alterazioni neurologiche e comportamentali. Stiamo anche vedendo che questi effetti dipendono fortemente dal sesso e dall’età di un individuo.”

Methanobrevibacter

Dipendiamo parecchio dai batteri del nostro microbioma per tantissimi aspetti

Il rover ESA arriverà su Marte nel 2022

Numerose questioni tecniche ritarderanno il lancio della missione ExoMars per 2 anni fino al 2022, annuncia l’Agenzia spaziale europea (ESA) e la sua controparte russa, Roscosmos. ExoMars include una stazione di atterraggio costruita in Russia e un rover ESA che perforerebbe 2 metri sotto la superficie di Marte per cercare segni di vita passata o presente. A soli quattro mesi dal suo lancio, la missione è stata rinviata a causa di problemi con il suo sistema di paracadute, i pannelli solari e il cablaggio elettrico.” Non possiamo davvero tagliare le procedure, ha detto il direttore generale dell’ESA Jan Wöerner in conferenza stampa, a seguito di un incontro con il capo di Roscosmos Dmitry Rogozin. É stata una decisione molto difficile, ma è stata quella giusta.” I problemi potevano essere risolti nei prossimi mesi, ma per Wöerner non c’era abbastanza tempo per testare il sistema software della missione sull’astronave finale pronta per il volo. Non ha voluto ripetere il fallimento del primo lander dell’ESA su Marte, Schiaparelli del 2016, schiantatosi a causa di un errore del software durante la sua discesa. Completate le riparazioni e i test, probabilmente entro la fine dell’anno, il lander e il rover saranno messi in deposito fino alla prossima finestra di lancio nell’autunno del 2022, quando i pianeti saranno allineati per consentire il viaggio più veloce. Gli scienziati hanno trascorso decenni a costruire strumenti per la missione e sono filosofici sul ritardo. “Così è la vita. È così che va, – ha affermato Valérie Ciarletti dell’Università di Parigi-Saclay. “Le missioni spaziali sono così, -ha affermato Francesca Esposito dell’Osservatorio Astronomico di Capodimonte- in quanto i problemi con i paracadute sono emersi l’anno scorso durante i test di caduta ad alta quota. Il tessuto del paracadute è stato strappato mentre veniva estratto dalla sua borsa”. A seguito di riprogettazioni, gli ingegneri della NASA e dell’ESA hanno effettuato con successo test a terra presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA. Ma i test di caduta cruciali in Oregon sono stati ritardati perché la società di test doveva eseguire test di paracadute per la nave spaziale con equipaggio Starliner della Boeing. I test dello scivolo ExoMars sono previsti nelle prossime settimane. Nel frattempo, i test ambientali a Cannes, in Francia, hanno rivelato il fallimento della colla che tiene i pannelli solari sul rover, (dal nome del pioniere del DNA britannico Rosalind Franklin). Per il direttore dell’esplorazione umana e robotica dell’ESA, David Parker, ciò era in parte previsto da studi precedenti. Una volta che il rover ha completato i suoi test a Cannes, è stato restituito al suo produttore a Torino, in Italia, dove i pannelli saranno fissati con “ulteriori fissaggi meccanici”. Il lander funge anche da stazione base con sensori per studiare l’interno, l’atmosfera e il clima di Marte, aveva quattro componenti che non funzionavano elettricamente durante i test, ha detto Wöerner, e sono stati restituiti ai loro produttori per la modifica. Tutti questi problemi hanno ritardato un test generale del sistema software del veicolo spaziale, da eseguirsi su tutto il veicolo spaziale. In questo momento la missione ha esaurito la sua contingenza di tempo ed è in ritardo di 2 settimane. “Dobbiamo aspettare fino a quando non sarà completamente riparato, – ha dichiarato il responsabile del progetto ExoMars Francois Spoto- ed è questa la ragione per cui abbiamo bisogno di un ritardo.”   Per Wöerner, la missione nel 2022 andrebbe avanti con lo stesso lanciatore e lo stesso sito di atterraggio. Non ci sono piani per aggiungere nuovi strumenti al veicolo spaziale, ma l’ESA ha offerto ai team degli strumenti la possibilità di armeggiare con i loro dispositivi e sostituire i componenti se necessario. Tuttavia, un lancio ritardato significherà che ExoMars non si unirà ad altri due rover Mars previsti per il lancio durante la finestra di lancio di luglio / agosto. Il rover Perseverance della NASA è sulla buona strada e la Cina prevede di inviare un piccolo rover insieme a un orbiter. “È un peccato, – afferma Ciarletti, perché ExoMars e Perseverance avrebbero beneficiato dell’operare allo stesso tempo”. Entrambi i rover hanno un radar penetrante nel terreno per studiare i primi metri di terreno sotto la superficie e il trapano di campionamento profondo del rover Rosalind Franklin avrebbe aiutato entrambe le missioni a capire cosa stesse vedendo il radar. E tutto ciò, a sua volta, avrebbe potuto aiutare Perseverance nel suo obiettivo di raccogliere e immagazzinare campioni di roccia e terreno, da riportare sulla Terra con una missione di rimpatrio di Marte. I ricercatori sperano che Perseverance possa durare oltre la sua missione nominale di 2 anni e sovrapporsi a ExoMars.  Sempre per Wöerner il ritardo non avrà alcun impatto sui piani dell’ESA di collaborare con la NASA nelle missioni campionarie di rimpatrio, fissate nel prossimo decennio. Con tutta la delusione per il ritardo, Ciarletti è ancora d’accordo. “Schiaparelli era un dimostratore di tecnologia, – afferma infine- ma le speranze di centinaia di scienziati cavalcano con ExoMars. “Il carico utile scientifico è impressionante. Sarebbe un incubo se si schiantasse su Marte”.

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La vita attorno ai camini d’aria termali nell’oceano profondo

Camino d’aria termale in profondità

L’esplorazione del mare profondo incoraggia gli scienziati ad aprire le loro menti all’impossibile. ” Scrutando nel profondo “, esplora la nostra comprensione in evoluzione della vita sotto le onde. Dovrebbe essere un deserto senza vita. Le temperature sono appena al di sopra del punto di congelamento, miglia di acqua applicano una pressione di schiacciamento e la luce solare non giunge lì. Ma le parti più profonde dell’oceano sono in realtà piene di forme di vita stravaganti. Vermi a tubo molto lunghi sette, lumaca bianco spettrale e enormi crostacei hanno tutte le loro case a queste proibitive profondità. Gli organismi monocellulari prosperano nei sedimenti non illuminati. E alcune creature fanno persino la propria luce attraverso la bioluminescenza – come il calamaro vampiro, che espelle una nuvola appiccicosa di muco luminoso invece dell’inchiostro quando è disturbato, o la rana pescatrice,

Un mondo alieno di vita è emerso mentre gli esploratori hanno scavato le profondità nero come la pece con tecnologie in costante miglioramento. Queste crescenti scoperte stanno allargando notevolmente la nostra prospettiva degli oceani e riscrivendo la nostra comprensione dei limiti della vita. Stanno plasmando il nostro senso di ciò che è possibile e ci spingono a pensare al di là delle ipotesi di base – sia in termini di esplorazione della Terra che di vaste aree dello spazio. Nella ricerca della vita extraterrestre, gli scienziati si stanno ispirando al nostro oceano. La NASA ha iniziato a finanziare alcune esplorazioni in acque profonde e alcuni astrobiologi hanno collaborato con biologi marini e oceanografi per sondare i confini della biologia qui sulla Terra. Esplorare gli ambienti sconosciuti nel mare profondo rivela guide concrete per esplorare lo spazio e incoraggia anche gli scienziati ad allungare il loro pensiero e ad aprire le loro menti all’impossibile. Oggi si è a malapena graffiato la superficie per comprendere appieno l’estensione della vita sulla Terra. “Ogni volta che andiamo in acque profonde, in un luogo in cui nessuno è stato, la maggior parte delle specie, in particolare le più piccole , non sono mai state viste o descritte prima,- afferma Lisa Levin, ecologa marina (Scripps Institution of Oceanography ) La Jolla, California. Siamo ancora davvero alla fine dell’esplorazione. Abbiamo appena graffiato la superficie, per così dire, o il fondo”.” Quattro decenni fa, gli oceanografi hanno scoperto qualcosa che ha fatto esplodere la biologia come la conoscevamo dall’acqua. Si era a lungo pensato che tutta la vita fosse sostenuta da una catena alimentare basata sulla fotosintesi: alcuni organismi convertono la luce solare in cibo e altri organismi mangiano quegli organismi fotosintetizzanti. Qualsiasi vita sul fondo dell’oceano dove non giungeva la luce del sole, doveva sgranocchiare materiale organico morto che cadeva nell’acqua e probabilmente non c’era abbastanza cibo per sostenere animali grandi e complessi. Il 15 febbraio 1977, un gruppo di ricerca statunitense lasciò cadere un veicolo a distanza nell’Oceano Pacifico a nord delle Isole Galapagos

:cercavano punti in cui il calore proveniente dall’attività vulcanica filtrava dal fondo del mare. Il R O V affondò oltre i 2500 metri, e venne usata la sua fotocamera e il sensore di temperatura per cercare i camini d’aria caldi. La maggior parte delle immagini scattate dal ROV ha rivelato: flussi di lava sterile. E nello stesso punto in cui la temperatura saliva, apparve un denso grappolo di centinaia di vongole bianche e gusci di cozze marroni. Pochi giorni dopo, tre scienziati sono saliti su un sommergibile chiamato Alvin e si sono precipitati sul posto per verificarle quanto le immagini avevano rivelato. Videro vongole lunghe quasi mezzo metro, granchi bianchi, giganteschi vermi bianchi con cime rosso brillante e un polpo viola. A quelle profondità dove c’era un colore nero come la pece, nessuna di quelle creature avrebbe dovuto esservi. Come potrebbe un ecosistema così vibrante sopravvivere così lontano dalla luce del sole? Si è poi capito che esistono microbi che, invece di usare la luce per crescere, usano sostanze chimiche provenienti dalle rocce in corrispondenza delle aperture idrotermali, per un processo chiamato chemiosintesi. E altre creature possono mangiare quei microbi, riempiendo l’ecosistema.

“Quando sono state scoperti i camini d’aria idrotermali nel 1977,la scoperta ha fortemente rovesciato i valori fondanti della biologia , -dice Julie Huber, oceanografo che studia la vita dentro e sotto il fondo del mare (Woods Hole Oceanographic Institution-WHOI) a Cape Cod. “Si sapeva che gli organismi potevano vivere di energia chimica, ma non immaginavamo che potesse sostenere gli ecosistemi animali“. La dottoressa Huber ed altri hanno continuato a studiare quei microbi che sgranocchiano le sostanze chimiche, scoprendo che una serie diversificata di microbi può essere davvero brava a guadagnarsi da vivere dove il sole non splende. Usano le sostanze chimiche a loro disposizione, anche in alcune delle prese d’aria più dure, conosciute come i fumaioli neri.” Le possibilità sono molto più grandi di quanto probabilmente pensassimo che fossero solo 15 o più anni fa,- ha affermato la Huber- ed è davvero difficile prevedere ciò che potrebbe essere possibile a volte, perché non sappiamo davvero cosa ancora esiste”. La scoperta della vita nelle aperture idrotermali di acque profonde ha insegnato a mettere i discussione le ipotesi sulla biologia e ha generato eccitazione per la biologia delle acque profonde e della vita ai margini. “Questa è la nostra scienza e naturalmente la  nostra biologia ,- ha dichiarato Kevin Hand, astrobiologo (Jet Propulsion Laboratory_NASA _Pasadena_California). E non sappiamo ancora come la biologia funzioni oltre la Terra o come potrebbe funzionare?”

Vita di acque profonde nella Via Lattea?                                                               Gli inviati robotici che circondano Giove e Saturno negli ultimi decenni hanno fatto scoperte sorprendenti che hanno affinato l’interesse degli astrobiologi per gli oceani della Terra. La luna di Giove Europa e la luna di Saturno Encelado hanno probabilmente vasti oceani di acqua liquida che scivolano sotto le loro croste ghiacciate. Kevin Hand chiama quella rivelazione “una delle scoperte più emozionanti e profonde che abbiamo fatto in circa mezzo secolo di esplorazione del nostro sistema solare”.

Ma era la consapevolezza che i camini d’aria idrotermali potevano sostenere la vita dove il sole non brillava che ha ulteriormente suscitato l’interesse degli astrobiologi per quelle lune ghiacciate. La luce solare probabilmente non arriva al di sotto delle spesse lastre di ghiaccio che ricoprono le lune. Quindi, se gli ambienti sfiatati chimicamente ricchi esistessero su quei mondi oceanici alieni, potrebbero alimentare anche la vita in acque profonde. “La migliore possibilità che abbiamo di dimostrare se c’è vita oltre la Terra nella prossima generazione umana sarebbe andando ed esplorando il fondo oceanico di questi pianeti che sono proprio qui nel nostro sistema solare”, afferma Chris German, oceanografo di acque profonde all’OMS, in prima linea nelle collaborazioni oceaniche con la NASA”. Gli astrobiologi mirano a mantenere una mente aperta quando cercano la vita extraterrestre, ma hanno ancora bisogno di alcuni parametri con cui lavorare. La vita sul nostro pianeta è composta dagli stessi elementi di base. Quindi, nel tentativo di definire una sorta di confine della biologia, molti astrobiologi si rivolgono agli ambienti più estremi della Terra.                                                                                                                                   La vita agli estremi                                                                                                  Benvenuti nella zona hadal (adale): la parte più profonda dell’oceano. È costituito da trincee e depressioni, si estende per 6 km a 10 km sotto la superficie e prende il nome da Ade, il dio greco degli inferi. “La zona hadal ci offre modi per esaminare i confini degli adattamenti, -afferma Tim Shank, biologo di acque profonde dell’OMS, ponendosi un paio di domande: quali sono i confini del pesce in grado di vivere da qualche parte? quali sono i confini dei gamberi? ” Lì, si pensa ancora che l’unica fonte di cibo sia i detriti che piovono dall’alto. Ma nelle zone in cui si raccoglie il materiale morto, c’è molto di più dei microbi. Molti animali si sono sviluppati. E il cibo non è l’unico fattore limitante per la vita animale. Il peso di chilometri di acqua dovrebbe essere schiacciante. Gli animali dovrebbero lottare per diventare grandi. 

Qui Kevin Shank solleva un vaso con quella che sembra una pulce più lunga di quasi mezzo metro. Alicella gigantea è il più grande anfipode mai scoperto – e vive nelle trincee oceaniche profonde.                                                                                                                   Come possono gli animali sopravvivere a una tale schiacciante pressione? La pressione sembra essere un limite chiave per un po’ di vita. Shank e suoi colleghi suggeriscono che gli animali con spine non possono andare più in profondità di 8.200 metri. Eppure, quegli anfipodi giganti e altre creature con esoscheletri sembrano andare meglio in profondità. Stabilire limiti di pressione per le creature sulla Terra potrebbe aiutare notevolmente gli astrobiologi a sapere dove guardare in altri mondi oceanici. La pressione sembra essere un fattore limitante per gli organismi pluricellulari, come piante e animali. Sono stati trovati microbi praticamente ovunque, anche negli ambienti più estremi. Questo è ciò che dicono gli astrobiologi che molto probabilmente troveranno anche nello spazio. Tuttavia, ci sono molti altri ambienti di acque profonde per superare i confini della vita. Sotto le onde ci sono trincee, canyon, pianure, monti marini, margini continentali, camini d’aria idrotermali, vulcani, fughe di metano e creste oceaniche che corrono come catene montuose attraverso l’oceano. “Sono diversi, – afferma il dott. Levin quanto se pensassi a foreste, deserti, praterie e catene montuose sulla terra”. E, dato quanto sia difficile per gli umani esplorare quelle profondità, probabilmente c’è ancora molto altro da scoprire. La vita è già stata trovata in ambienti estremamente difficili come fughe di metano e zone a basso contenuto di ossigeno. “Continuiamo a scoprire nuovi modi, – ha poi concluso-di vivere nell’oceano, nuove forme di vita e nuove capacità microbiche che nessuno conosceva”.

Una nuova lente per osservare la vita in ambienti profondi e anche nello spazio

La NASA ha annunciato che finanzierà un progetto interdisciplinare che Chris German ha ideato per anni: il progetto Exploring Ocean Worlds (ExOW). Kevin Hand e Julie Huber sono co-investigatori del progetto. Non guarderanno solo verso l’esterno: quell’esplorazione inizia sulla Terra e potrebbe darci una nuova lente sul nostro pianeta. Questa storia è la quarta puntata di “Sbirciando nel profondo”, una serie in cinque parti sull’oceano. La prima parte si tuffa nella “zona del crepuscolo” dell’oceano, dove un nastro trasportatore di minuscole creature trasporta il carbonio su e giù per la colonna d’acqua ogni giorno. La parte 2 evidenzia la sorprendente scoperta di vibranti comunità di coralli che prosperano nelle profondità apparentemente inospitali. La parte 3 presenta una tecnologia emergente che consente ai ricercatori di esaminare le popolazioni ittiche utilizzando un piccolo campione di acqua. La parte 4, appena letta, esplora come le scoperte della vita nel mare profondo stanno informando la ricerca della vita altrove nell’universo. La parte 5 sarà un piacere uditivo con i misteriosi suoni del mare, dal grugnito eglefino al canto delle anguille da clown.

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GLI ALBERI DI GINKGO BILOBA POSSONO CRESCERE PER MIGLIAIA DI ANNI.

Alcuni giganti della foresta, come il Ginkgo Biloba, possono vivere per più di 3000 anni. Nel più completo studio sull’invecchiamento delle piante fino ad oggi, sono stati rivelati i meccanismi molecolari che consentono al Ginkgo – e forse ad altri alberi – di sopravvivere così a lungo. Lo studio fornisce la prima vera prova genetica per qualcosa che gli scienziati sospettavano da tempo. “La condizione predefinita nelle piante è l’immortalità, – afferma Howard Thomas, biologo vegetale dell’Università di Aberystwyth- non coinvolto nel lavoro”. Per sostenere questa audace affermazione, si è lavorato inizialmente con nuclei sottili di 34 alberi sani di Ginkgo Biloba ad Anlu, nella provincia cinese di Hubei, e Pizhou, nella provincia di Jiangsu. (L’eccitazione dei nuclei non ha danneggiato gli alberi.) Esaminando gli anelli di crescita, Li Wang, -biologo molecolare delle piante-‘Università di Yangzhou con altri- hanno scoperto che la crescita dei Ginkgo non ha rallentato dopo centinaia di anni. Inoltre, la dimensione delle foglie, la capacità fotosintetica e la qualità dei semi degli alberi, tutti indicatori di salute, non differivano con l’età. “Per scoprire il meccanismo a livello genetico, sono state confrontate l’espressione genica nelle foglie e nel cambio, sottile strato di cellule staminali tra il legno interno e la corteccia esterna che si differenziano in altri tessuti durante la vita di un albero. Poiché gli alberi più vecchi – ha affermato Wang- hanno solo pochi strati di cellule cambiali, la raccolta di materiale sufficiente per lavorare è risultata difficile”. Il team ha sequenziato l’RNA degli alberi, esaminato la produzione di ormoni e schermato i miRNA – molecole che possono attivare e disattivare geni specifici – in alberi che vanno dai 3 ai 667 anni. Come previsto, l’espressione dei geni associati alla senescenza, lo stadio finale e fatale della vita, aumentava prevedibilmente nelle foglie morenti. Ma quando è stata esaminata l’espressione degli stessi geni nel cambium, non hanno trovato alcuna differenza tra alberi giovani e vecchi. Ciò suggerisce che, sebbene gli organi come le foglie muoiano, è improbabile che gli alberi stessi muoiano di vecchiaia: valutazione oggi riportata negli Atti della National Academy of Sciences. Ci sono prove che gli alberi comunque subiscono dei cambiamenti nel tempo. Gli alberi più vecchi avevano livelli più bassi di un ormone della crescita chiamato acido indole-3-acetico e livelli più alti di un ormone che inibisce la crescita chiamato acido abscisico. Quei 200 anni o più hanno anche visto una riduzione nell’espressione genica associata a divisione cellulare, differenziazione ed espansione. Ciò significa che le cellule staminali cambiali negli alberi più vecchi non si dividono in legno nuovo come negli alberi più giovani. Il biologo vegetale Jinxing Lin della Beijing Forestry University coautore dello studio, afferma che se il tasso di divisione delle cellule cambiali continui a diminuire dopo migliaia di anni, la crescita degli alberi potrebbe rallentare e gli alberi del Ginkgo potrebbero infine morire di vecchiaia. La maggior parte degli alberi, tuttavia, sembra morire per “incidenti” come parassiti o siccità. Per vedere se gli alberi diventano più vulnerabili a tali fattori di stress man mano che invecchiano, sono stati esaminati i geni correlati alla resistenza ai patogeni e alla produzione di composti antimicrobici protettivi chiamati flavonoidi. Non hanno trovato differenze nell’espressione genica per alberi di età diverse, suggerendo che gli alberi non perdono la capacità di difendersi da fattori di stress esterni. “Questa è un’abilità “sorprendente”, – ha affermato il biologo molecolare Richard Dixon dell’Università del North Texas, Denton- che aiuta i Ginkgo a crescere in modo sano per migliaia di anni.” Non aver bisogno di preoccuparsi di invecchiare è qualcosa che per gli umani è difficile da capire, – ha affermato il fisiologo vegetale Sergi Munné-Bosch– Università di Barcellona, ​​non coinvolto nello studio. L’invecchiamento non è un problema per questa specie,  ha affermato, il problema più importante che devono affrontare è lo stress”. Si continueranno a studiare i tassi di mutazione negli alberi di Ginkgo e ad esaminare i meccanismi alla base dell’invecchiamento. Nel frattempo, Thomas e Munné-Bosch predicono entrambi che altri scienziati potrebbero usare metodi simili per studiare l’invecchiamento in altri alberi, che vanno dai pioppi “da topo da laboratorio” di breve durata alle imponenti sequoie antiche.

Ginkgo Biloba in Fukujouji Temple, Kumamoto Prefecture, Japan

Il computer quantistico può funzionare a fotoni

Il transistor quantistico a semiconduttori, per il calcolo, oggi si basa su fotoni

I ricercatori dimostrano sul primo transistor a singolo fotone usando un chip semiconduttore: un singolo fotone, memorizzato in una memoria quantica, commuta lo stato di altri fotoni.                                                                                                                                            I transistor minuscoli interruttori sono il fondamento del moderno computing: miliardi di loro trasmettono segnali elettrici all’interno di uno smartphone, ad esempio.                                                            I computer quantistici abbisognano di hardware analogo per manipolare le informazioni quantistiche. I limiti di progettazione per questa nuova tecnologia sono rigorosi e i processori più avanzati di oggi non possono essere riutilizzati come dispositivi quantici. I vettori di informazioni quantistiche, soprannominati qubit, seguono regole diverse stabilite dalla fisica quantistica.                                                                                                                                           Si possono usare molti tipi di particelle quantistiche come qubit, anche i fotoni che costituiscono la luce. I fotoni aggiungono appeal perché possono trasferire rapidamente le informazioni su lunghe distanze e sono compatibili con i chip fabbricati. Tuttavia, fare un transistor quantistico innescato dalla luce è difficile perché richiede che i fotoni interagiscano tra loro, qualcosa che normalmente non avviene spontaneamente.                                                                                                                                             Al Joint Quantum Institute (JQI), Edo Waks, JQI, ha risolto questo ostacolo utilizzando il primo transistor a fotone singolo in un chip semiconduttore. È un dispositivo compatto: un milione di questi nuovi transistor può essere contenuto in un singolo granello di sale. È veloce, in grado di elaborare 10 miliardi di qubit fotonici ogni secondo.                                                “Usando il nostro transistor, -afferma Waks- saremmo presto in grado di eseguire porte quantiche tra i fotoni”. Il software in esecuzione su un computer quantico userebbe una serie di tali operazioni per raggiungere una velocità esponenziale per alcuni problemi computazionali.                                                                           Il chip fotonico è costituito da un semiconduttore con numerosi fori, molto simile a un nido d’ape. La luce che entra nel chip rimbalza e rimane intrappolata dal “motivo” piazzato nel buco; un piccolo cristallo chiamato punto quantico si trova all’interno dell’area in cui l’intensità della luce è più forte. Analogamente alla memoria convenzionale del computer, il punto memorizza le informazioni sui fotoni mentre entrano nel dispositivo. Il punto può attingere efficacemente a quella memoria per mediare le interazioni del fotone, quindi le azioni di un fotone influenzano gli altri che in seguito arrivano al chip.                                                                                                                            “In un transistor a singolo fotone -afferma Shuo Sun, autore principale, ricercatore postdottorato alla Stanford University- la memoria dei punti quantici deve persistere abbastanza a lungo da interagire con ogni qubit fotonico. Questo permette ad un singolo fotone di cambiare un flusso più grande di fotoni, essenziale per il nostro dispositivo che deve essere considerato un transistor.”                                                                                                                        Per verificare che il chip funzionasse come un transistor, è stato esaminato il modo in cui il dispositivo rispondeva a deboli impulsi di luce che di solito contenevano solo un fotone. In un ambiente normale, una luce così fioca potrebbe registrare a malapena. Tuttavia, in questo dispositivo, un singolo fotone rimane intrappolato per un lungo periodo, registrando la sua presenza nel punto vicino.                                                                                                                           Un singolo fotone poteva, interagendo con il punto, controllare la trasmissione di un secondo impulso luminoso attraverso il dispositivo. Il primo impulso luminoso agisce come una chiave, aprendo la porta per il secondo fotone per entrare nel chip. Se il primo impulso non conteneva alcun fotone, il punto bloccava i successivi fotoni. Questo comportamento è simile a un transistor convenzionale in cui una piccola tensione controlla il passaggio della corrente attraverso i suoi terminali. I ricercatori hanno sostituito con successo la tensione con un singolo fotone e hanno dimostrato che il loro transistor quantico poteva commutare un impulso luminoso contenente circa 30 fotoni prima che la memoria del punto quantico si esaurisse. Waks, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica dell’Università del Maryland, dice che il suo gruppo ha dovuto testare diversi aspetti delle prestazioni del dispositivo prima di far funzionare il transistor. “Finora, avevamo i singoli componenti, -afferma Waks-, necessari per creare un transistor a singolo fotone, ma qui abbiamo combinato tutti i passaggi in un unico chip”. Sun afferma che con miglioramenti ingegneristici realistici, consentirebbero di collegare molti transistor di luce quantistica. Dispositivi così veloci e altamente connessi alla fine porteranno a compatti computer quantici che elaborano un gran numero di qubit fotonici.

un transistor fotonico

Un chip grande come un atomo di fosforo

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