Dobrotvorna fondacija V. Potanin ima veliki program podrške mladim univerzitetskim nastavnicima koji uspešno kombinuju nastavni i naučni rad, koji traje već nekoliko godina. Organiziran je poseban konkurs za dodjelu grantova. Postoji mnogo uslova za kandidate, ali između ostalog, mladi nastavnici moraju studentima starijih razreda održati naučno-popularno predavanje o svojoj specijalnosti. Implementacija ove divne ideje, s jedne strane, omogućava da se shvati da li aplikant poznaje svoj predmet, s druge strane, postoje sasvim očigledne koristi od ovakvih predavanja: studenti proširuju vidike, dobijaju informacije o srodnim, a ponekad i potpuno udaljeni specijaliteti. Fondacija je urednicima časopisa Nauka i život dala priliku da se upoznaju sa svim predavanjima kandidata za grantove. Neke od njih smo objavili. Ova predavanja su nas privukla jednostavnošću i jasnoćom prezentacije (predavanje „Osmijeh će sve uljepšati”, „Nauka i život” br. 3, 2009.), važnost teme („Kada odlazite, ugasite svjetlo !”, „Nauka i život” br. 6, 2009), moderna ideja o davno poznatim stvarima („Nada i podrška”, „Nauka i život” br. 8, 2009), neočekivani pogled na naizgled očigledno fenomeni (“Biološka signalna polja...”, “Nauka i život” br. 1, 2009). Našim čitaocima predstavljamo predavanje Ljudmile Truhačeve, kandidata farmaceutskih nauka, vanrednog profesora Moskovske medicinske akademije. I. M. Sechenov. Priča je zaista detektivska...

U rano avgustovsko jutro 1961. godine stotine ludih ptica napale su primorski grad Capitola u američkoj državi Kaliforniji. Do sada bezopasne sive burevice, u jatima i pojedinačno, velikom brzinom su se zabijale u prozore i zidove kuća, zaranjale u ulične lampe i napadale prolaznike. Ovaj incident inspirisao je film Alfreda Hičkoka Ptice.

Četvrt vijeka kasnije, u zimu 1987., na ostrvu Princa Edvarda kod severnoatlantske obale Kanade dogodila se još jedna misteriozna priča: više od stotinu ljudi postalo je žrtve teškog trovanja hranom. Ispostavilo se da su sve žrtve jele plave dagnje. Pored uobičajenih simptoma – povraćanja, grčeva, dijareje i glavobolje – pacijenti su iskusili dezorijentaciju, osjećaj panike, amneziju, au nekim slučajevima i napade i komu. Gotovo svi su pokazivali simptome mentalnog poremećaja, pacijenti su pokazivali nekontroliranu agresivnost, često praćenu plačem ili smijehom. Nažalost, trima žrtvama nije se moglo pomoći - umrli su već prvih dana. Više od četvrtine ostalih žrtava imalo je oštećeno kratkoročno pamćenje. Nisu se mogli sjetiti ničega što se dogodilo nakon trovanja, neki nisu prepoznali svoje najmilije.

Kasnije se ispostavilo da su oba slučaja - prvi sa "ludim pticama", a drugi sa "otrovnim dagnjama" - rezultat izlaganja istom toksičnom agensu. Stanje koje izaziva sada je poznato kao sindrom amnestičkog trovanja školjkama (ASP). Međutim, nije bilo ranijih izvještaja o trovanju hranom dagnjama sa takvim neurološkim posljedicama.

Kako bi se razjasnile sve okolnosti incidenta, kao i kako bi se spriječili slični slučajevi, kanadsko Ministarstvo ribarstva je angažiralo grupu morskih biologa i hemičara da izoluju i identifikuju otrovni agens.

Početno testiranje dagnji na poznate bakterijske i virusne patogene bilo je neuvjerljivo. Testovi na teške metale i pesticide su također bili negativni. Uzorci uzeti za analizu uključivali su hiljade različitih hemijskih jedinjenja. Kako se jedna komponenta može izolovati iz tako složene mješavine, a da ne zna ništa o njenim fizičkim ili kemijskim svojstvima? Zadatak nije lakši od pronalaženja igle u plastu sijena.

Pretpostavimo da imamo mogućnost da odredimo da li postoji igla u hrpi ili ne. Tada će algoritam pretraživanja biti sljedeći. Prvo podijelimo snop na dvije polovine i provjerimo da li se u jednom od dijelova nalazi igla. Ako ne, bacite ovu polovinu, preostalu polovicu podijelite na pola i potražite iglu u sljedećim polovicama. Takve "split-drop-divid" manipulacije će u konačnici dovesti do činjenice da posljednji preostali dio neće biti ništa više od željene igle. Glavna strategija istraživača, koji su bili suočeni sa zadatkom pronalaženja i izolacije toksina, izgrađena je po istoj shemi.

Prije svega, bilo je potrebno razviti test koji bi pouzdano ukazivao na toksičnost predmeta koji se proučavaju. I ovdje su bili eksperimenti na životinjama. Utvrđeno je da miševi pokazuju najkarakterističniju reakciju na toksin. Nakon unošenja malih količina testnog uzorka, ako je u njemu bio prisutan toksin, eksperimentalne životinje su doživjele jasnu neurološku reakciju - miševi su se nekontrolirano češali i češljali po ramenima stražnjim nogama. Test je okrutan, ali u svjetlu tragedije koja se dogodila, naučnici nisu imali drugog izbora.

Da bi odvojili složene komponente u uzorcima tkiva otrovane dagnje, naučnici su koristili standardne fizičko-hemijske metode. Obrađeni su i toksični i netoksični uzorci dagnji. Ovaj pristup je neophodan za naknadnu komparativnu analizu, jer bi svaka razlika između uzoraka mogla dati ključ za rješavanje misterije.

Pratimo sve korake procesa prikazanog na dijagramu i pokušajmo razumjeti šta se dogodilo u svakoj fazi.

Odvajanje na osnovu rastvorljivosti i isparljivosti

U prve tri faze, istraživači su koristili ekstrakciju i isparavanje kao opću strategiju.

Ekstrakcija je odvajanje mješavine supstanci na osnovu razlika u rastvorljivosti. Domaćice su itekako svjesne činjenice da je rastvorljivost supstanci u različitim rastvaračima drugačija od primjera vanilina, koji je slabo topiv u vodi, a vrlo topiv u alkoholu. U ekstrakciji tekućina-tečnost, otopljena supstanca se distribuira između dvije tekuće faze koje se ne miješaju. Obično je jedna faza voda, a druga je organski rastvarač.

Tokom isparavanja, rastvor se koncentriše kao rezultat isparavanja rastvarača. Ekstrakt se može ispariti do male zapremine i na taj način povećati koncentraciju analizirane komponente.

Sada kada znamo prednosti ekstrakcije i isparavanja, vratimo se potrazi za toksinom.

Kako bi se spriječilo moguće uništavanje željenog spoja kao rezultat zagrijavanja ili interakcije s rastvaračem, ekstrakcija je izvedena na sobnoj temperaturi vodenim rastvorom metanola, rastvarača srednje jačine. Ekstrakcija je bila nedovoljna, ali ipak uspješna: miševi su pokazali isti neurološki odgovor na metanolni ekstrakt kao na originalne uzorke kamenica. Ekstrakt je zatim koncentriran isparavanjem. Odvojena i kondenzovana para nije bila toksična, ali je rezultujući ostatak dao potrebnu reakciju kod miševa. Postalo je jasno da je otrov neisparljiva tvar.

Izvršena je druga ekstrakcija. Ovaj put koncentrirani ekstrakt je promućkan sa mješavinom polarnih i nepolarnih rastvarača. Koristili smo dihlorometan i vodu: ovi rastvarači se ne miješaju i formiraju dva odvojena sloja.

U frakciji diklorometana pronađene su obojene tvari – pigmenti fitoplanktona (drugim riječima, alge). A to bi već mogao biti ključ za razjašnjavanje prirode toksina. Međutim, sami pigmenti nisu otrovni, a diklormetanska frakcija dala je negativan rezultat kod eksperimentalnih miševa. Ali toksin je bio prisutan u sloju vode. To nam je omogućilo da povjerujemo da je željeni objekt naizgled polarna supstanca koja se jonizuje. Sada su se istraživači mogli koncentrirati na frakciju vode.

U sljedećim fazama korištene su hromatografske metode analize. Ovdje moramo ići malo dublje u teoriju...

Odvajanje u pokretu

Kromatografska analiza, jedna od najosetljivijih metoda, koju je prvi predložio ruski naučnik Mihail Semenovič Cvet početkom 20. veka, do početka 21. veka pretvorila se u moćno oruđe, bez kojeg je teško zamisliti analitičku hemiju. , i ne samo to.

Prvi eksperiment odvajanja i analize tvari složenog sastava, koji je izveo M. S. Tsvet 1903. godine, iznenađujuće je jednostavan. Istraživač je propuštao otopinu klorofila kroz epruvetu (ili, kako se sada kaže, kolonu) koja je sadržavala prah krede, postepeno ga razrjeđujući benzenom. Nakon nekog vremena, u stupcu krede postali su vidljivi prstenovi obojeni komponentama hlorofila u različite boje. Nakon što je presjekao kolonu, M. S. Tsvet ih je izolirao u čistom obliku i izvršio kemijsku analizu svake pojedine komponente.

Svi smo se vjerovatno na ovaj ili onaj način bavili hromatografijom, a posebno sreće u tom smislu imali su naši roditelji. Uostalom, prethodnih godina školarci su pisali mastilom. A ako je upijač pao na mrlju od tinte, tada je otopina tinte bila podijeljena na nekoliko "prednjih strana".

Sama hromatografija se zasniva na raspodeli jedne od nekoliko supstanci između dve faze (na primer, između čvrste supstance i gasa, između dve tečnosti, itd.), pri čemu se jedna od faza stalno kreće. Što je tvar bolje sorbirana (apsorbirana) ili otopljena u stacionarnoj fazi, to je manja brzina njenog kretanja, i obrnuto, što je jedinjenje manje sorbirano, to je veća brzina kretanja. Kao rezultat toga, ako u početku imamo mješavinu spojeva, onda se postepeno svi, gurnuti mobilnom fazom, kreću prema „finišnoj liniji“ različitim brzinama i na kraju se razdvajaju.

Nakon razdvajanja, sve komponente moraju biti identificirane i kvantificirane. To se radi pomoću detektora koji nemaju mnogo veze sa samim hromatografskim procesom i baziraju se na različitim fizičko-hemijskim svojstvima supstanci koje se proučavaju.

U modernim hromatografima, dužina kolona u kojima se odvajaju supstance dostiže stotine metara. Za analizu je dovoljno nekoliko miligrama (10-3 g) smjese, au njoj se mogu detektirati komponente težine do nekoliko pikograma (10-12 g).

Ovo su, generalno, osnove hromatografske analize. Sada je vrijeme da se vratimo potrazi za toksičnim agensom u uzorcima dagnji.

Razdvajanje zasnovano na razlikama u polaritetu

Dakle, kolonska hromatografija je korištena za razdvajanje smjese u preostalom vodenom sloju na jednostavne komponente. Uzorak je propušten kroz usku epruvetu koja sadrži mikrosfere XAD-2 smole. Ove mikrosfere zadržavaju nepolarne, nenabijene molekule i omogućavaju prolaz nabijenim ionima. XAD-2 je posebno efikasan za odvajanje organskih baza i kiselina.

Jonizirane kiseline prolaze kroz kolonu i izlaze prije ostalih organskih spojeva.

Od mnogih frakcija koje su prošle kroz XAD-2, ispostavilo se da je samo jedna otrovna. U završnoj fazi, ova frakcija je odvojena tečnom hromatografijom visokih performansi (HPLC). I ovdje je polarni rastvor koji sadrži uzorak propušten kroz kolonu sa nepolarnim sorbentom kao stacionarnom fazom. Dobivena visoko pročišćena frakcija sadržavala je sav otrov otrovanih dagnji. Tako je konačno toksin izolovan.

Razdvajanje na osnovu naboja, veličine i oblika molekula

Međutim, istraživači su morali da se uvere da konačna frakcija izolovana HPLC-om zapravo sadrži istu toksičnu komponentu. Da bi se to postiglo, odlučeno je da se ponovo odvoji vodena frakcija XAD-2, ali pomoću visokonaponske elektroforeze na papiru.

Elektroforeza je metoda odvajanja jona na osnovu razlika u njihovim relativnim nabojima (omjer naboja i mase). Ioni koji se nalaze između pozitivne i negativne elektrode, pod utjecajem električnog polja, počinju se kretati prema elektrodi s nabojem suprotnog predznaka. Tipično, što je veći omjer naboja i mase jona, to se brže kreće prema elektrodi. Mali, visoko nabijeni ioni kreću se ispred velikih jona s niskim nabojem. Oblik molekula također utiče na brzinu kretanja. Stoga se molekuli s koncentriranijim nabojem kreću brže.

Istraživači su stavili uzorak na traku filter papira. Oba kraja trake su uronjena u puferske otopine, od kojih je svaki sadržavao elektrodu. Tokom analize, joni supstanci sadržanih u analiziranom uzorku kretali su se različitim brzinama i razdvajali se u obliku posebnih pruga na papiru. Da bi se ove pruge "pojavile", papir je poprskan posebnim reagensom.

Tokom elektroforeze XAD-2 frakcije, otkrivena je nepoznata traka pored trake glutaminske kiseline (jedan od referentnih uzoraka). Ova traka je odsutna u kontrolnim uzorcima tkiva netoksičnih dagnji. Osim toga, boja nepoznate trake bila je potpuno drugačija od boje trake glutaminske kiseline. Traka koja je sadržavala nepoznatu supstancu je uklonjena sa papira, a dobijeni uzorak je ubrizgan u HPLC kolonu. Pokazalo se da je ovaj uzorak po vremenu zadržavanja identičan glavnoj supstanci u konačnoj frakciji odvojenoj HPLC-om. Osim toga, ovaj uzorak je pokazao istu toksičnost kao i uzorak koji je proučavan HPLC-om.

Identifikacija toksina po naboju i masi

U završnoj fazi, trebalo je odrediti hemijsku formulu i molekulsku težinu izolovanog toksina. Problem je riješen pomoću masene spektrometrije.

Ova metoda vam omogućava da odredite sastav molekula tvari mjerenjem omjera mase iona i njihovog naboja. Prvo se neutralne molekule i atomi pretvaraju u nabijene čestice - ione, a zatim se razdvajaju korištenjem zakona kretanja nabijenih čestica u magnetskom ili električnom polju.

Dakle, koristeći masenu spektrometriju, naučnici su pronašli molekularnu težinu
(312 g/mol) i molekulsku formulu (C 15 H 21 NO 6) izolovanog toksina. Spektroskopska analiza je otkrila prisustvo dvostrukih veza i spektra karakterističnih za amino grupu. A kada se uporede spektri supstance sa spektrima u međunarodnoj bazi podataka, spoj je identificiran kao domoična kiselina.

Domoična kiselina je svojevrsni „trojanski konj“ u svijetu molekula. Nervne ćelije (neuroni) ga pogrešno smatraju molekulima glutaminske kiseline i ta greška za njih postaje fatalna. Glutamat (jonizirani oblik glutaminske kiseline) je neurotransmiter, molekul čija odgovornost uključuje prijenos nervnih impulsa iz jedne ćelije u drugu. Kada se molekul glutamata veže za glutamatni receptor na površini ćelije, receptor otvara poseban kanal za ulazak jona kalcijuma u ćeliju. Priliv naboja rezultira električnim potencijalom koji se širi duž ćelijske membrane i prenosi informacije o uzbuđenju drugim neuronima. Česta stimulacija ovog mehanizma može dovesti do pojave novih veza između neurona, pa glutamat igra ključnu ulogu u procesima razmišljanja, učenja i pamćenja informacija.

Ali višak glutamata dovodi do nekontrolisane ekscitacije ćelije i na kraju do njene smrti. Štaviše, ovaj proces je kaskadan, jer se prekomjerna ekscitacija umiruće ćelije prenosi duž lanca na obližnje neurone. U konačnici, ova biohemijska kaskada može uzrokovati oštećenje mozga i neurodegenerativne poremećaje.

Domoična kiselina je slična glutaminskoj kiselini. Međutim, petočlani prsten sadržan u njegovoj strukturi čini molekulu manje fleksibilnom od glutamina, što uzrokuje da se domoična kiselina čvršće veže za glutaminski receptor. I kao rezultat toga, njegov stimulativni učinak je 30-100 puta veći.

Ali ostaje pitanje - kako je domoična kiselina dospjela u tkiva dagnji, kao i u inćune kojima se hrane ptice uz obale Kalifornije? Ovdje moramo imati na umu da su pigmenti fitoplanktona pronađeni u jednoj od frakcija nakon ekstrakcije. Temeljito proučavanje domoične kiseline dovelo je do otkrića njenih nositelja - dijatomeja u obliku igle tzv. Pseudo-nitzschia pungens. Ove alge se nalaze u svim okeanima svijeta i stoga bi mogle postati početak lanca ishrane u mnogim regijama. Tako su se ptice koje su jele inćune, koje su jele otrovne alge, otrovale domoinskom kiselinom.

Trenutno većina primorskih zemalja provodi kontinuirano praćenje morskih plodova pomoću HPLC metode kako bi se brzo otkrilo prisustvo domoične kiseline. Mjere su bile uspješne, a izvještaja o trovanju nije bilo od 1987. godine.

Rješenje ove detektivske priče teško da bi bilo moguće bez modernih fizičkih i hemijskih metoda analize.

književnost:
V. S. Asatiani. Hemija našeg tijela. - M.: Nauka, 1969, 304 str.
F. Bayburtsky. Kromatografija je jednostavan način za analizu složenih supstanci// Nauka i život, 1998, br. 2.

Kao igla u plastu sijena. Express Tako da je nemoguće naći. Partizani su se, kao igla u plastu sijena, gubili u šumi, ali su se svake noći osjećali, i vrlo osjetljivo(N. Birjukov. Galeb).

Frazeološki rečnik ruskog književnog jezika. - M.: Astrel, AST. A. I. Fedorov. 2008.

Pogledajte šta je "Kao igla u plastu sijena" u drugim rječnicima:

kao igla u plastu sijena- Kao (kao, kao da) igla u plastu sijena (nestati, izgubiti se) O kome, šta, ko (šta) se ne može naći... Rječnik mnogih izraza

igla- I; pl. rod. lok, dat. lkam; i. = igla 1), 2), 3), 4) Tankom iglom zašijte svilu. Igla/mašna za šivaću mašinu. Igla iz gramofona. Bodljikave borove iglice. Meke iglice kaktusa... Rječnik mnogih izraza

igla- I; pl. rod. lok, dat. lkam; i. = Igla (1 4 cifre). Tankom iglom zašijte svilu. I. za šivaću mašinu. I. sa gramofona. Bodljikave borove iglice. Meke iglice kaktusa. Ježeve igle. * Gdje ide igla, ide i konac (Posljednji). ◊ Od igle. = Potpuno nov. Nije igla koja... enciklopedijski rječnik

stog- A; rečenica, oko sto/ge, u stogu/ i u sto/ge; pl. plastovi sijena/; m. plast sijena, stog Velika gomila sijena, slame ili neomlaćenog kruha, okruglog ili četverouglastog oblika, sužava se prema vrhu i savijena na otvorenom radi skladištenja. Gomila sijena… Rječnik mnogih izraza

biti nevidljiv- ▲ da se istakne (nego) malo nevidljivosti. neupadljivo, blago istaknuto. nezapaženo. neupadljivo. neupadljivo. neprimjetan. neuhvatljiv (# aroma). neosjetljiv. neosetljiv. nematerijalna (# rezultata). nevidljiv sakrij (#… … Ideografski rečnik ruskog jezika

stog- A; rečenica o plastu sijena, u plastu i u plastu sijena; pl. plastovi sijena; m Velika gomila sijena, slame ili neomlaćenog kruha, okruglog ili pravokutnog oblika, sužava se prema vrhu i slaže na otvorenom za skladištenje. C. sijeno, slama. Nosite plastove sijena u plast sijena... enciklopedijski rječnik

igla- i, gen. pl. lok, dat. lkam, w. Isto kao igla (sa 1, 2, 3 i 4 cifre). Gdje ide igla, ide i konac. Izreka. [Anyuta] je nečujno umotala svoj vez u papir i skupila konce i igle. Čehov, Anjuta. Samorodov je užurbano otvorio gramofon, namotao oprugu i ... ... Mali akademski rječnik

stog- Ah, rečenica o plastu sijena, u plastu i u plastu sijena, pl. plast sijena, m Velika gomila sijena, slame ili neomlaćenog kruha, nagomilana na otvorenom za skladištenje. Osedlani konji stajali su u žbunju i čupali mirisno sijeno iz svježeg stoga. Šolohov Sinjavski, ... ... Mali akademski rječnik

MNOGO - MALO- Retko, ali tačno. Jednom, da mnogo. Postoji parabola kraća od ptičjeg nosa (i to dobra). I jedno oko, ali oštro, ne treba ti četrdeset. I jedna krava, i zdrava je za jelo. Rijeka je plitka, ali su obale strme. Protok nije širok, ali se drži. Nije veliki, ali je kaftan širok i kratak....... IN AND. Dal. Izreke ruskog naroda

Općenito, igle u snu znače nevolje ili stvari koje ne želite da radite. Tupa igla, kako u životu tako i u snu, ne može mnogo naškoditi, ali ne donosi ništa dobro. Ovaj san sugeriše da će voljena osoba uskoro postati ravnodušna prema vama.

Izvlačenje igle iz nekog dijela tijela u snu znači da vam prepreke u poslu stvaraju mnogo nevolja i problema, ali nakon takvog sna sve bi se trebalo promijeniti - osjetit ćete olakšanje.

Kupovina igala u snu znači pomirenje sa prijateljem. Igla i konac u snu znači da će vaš odnos sa voljenom osobom ili partnerom biti poput konca i igle. Gdje ide igla, ide i konac.

Konac uvek prati iglu. Pokušajte shvatiti na koga se podrazumijeva konac, a ko pod igla. Takav san takođe može predvidjeti da ćete pokušati postići isti uspjeh kao druga osoba. Dužina niti u ovom slučaju pokazuje koliko će vaš odnos sa drugom osobom biti blizak. Vidi tumačenje: niti.

Ako sanjate da ste se uboli iglom, onda očekujte svađu sa svojim najmilijima. Vidi tumačenje: ubod.

San u kojem ste vidjeli da ste izgubili iglu znači gubitak prijatelja ili voljene osobe. Traženje igle znači uzaludan trud. Nije uzalud izreka „tražiti iglu u plastu sijena“.

Pronalaženje igle u snu pokazatelj je opasnosti koja vam prijeti, a koja će doći odakle ne očekujete. Traženje i pronalaženje igle je dobar san. To znači da ćete uskoro pronaći nove prijatelje.

Slomljena igla u snu znači prekid veze sa voljenom osobom. Nakon takvog sna očekujte sjajna iskustva i usamljenost.

San u kojem ste vidjeli sebe kako radite s iglom znači: očekujte svađu sa voljenom osobom. Za supružnike takav san predviđa da će njihov porodični život uskoro puknuti.