#bioengineering #industrial #applications #промышленные #биотехнологии

Биоинженерия из дальневосточных морей

Белок α-силикатеин морской губки способен конденсировать молекулы предшественников с образованием кремниевых наноструктур. Силикатеины способны к поликонденсации TiO2, ZrO2, BaTiF6 (флуоротитанат бария), а также к формированию наночастиц металлов. Интерес к этому виду работ вызван тем, что можно осуществлять биологический синтез материалов, не применяя высокую температуру и давление.

Гены силикатеинов клонированы из нескольких видов морских губок в лабораториях Германии, США, Японии и Италии. Мы подключились к этим исследованиям в 2009 году. Выделены гены силикатеинов из морской губки Latrunculia oparinae, собранных в ходе рейса НИС «Академик Опарин» с глубины 200 м в районе Курильских островов (Публикация: Marine Biotechnology (NY). 2010, 12: 403-409). Целью данного этапа работы было получение рекомбинантных белков с использованием этих генов и изучение каталитических свойств полученных белков.

Основным объектом исследования стал ген LoSilA1
Клонирование гена LoSilA1 осуществлялось двумя путями:

1. Клонирование силикатеина, слитого с остатками гистидина (6 His) для выделения рекомбинантного белка из бактерий.

Для этого были cконструированы экспрессионные векторы на основе плазмид pET-22b(+) и pET-40b(+). Подобраны условия для экспрессии генов в полученных конструкциях в E.coli Rosetta (DE3). Полученный образец в присутствии THEOS (tetrakis(2-hydroxyethyl) orthosilicate) осаждал диоксид кремния. Белок проявляет каталитическую активность по отношению к THEOS и формирует кристаллы диоксида кремния. Изменяя состав и pH реакционной смеси, можно влиять на форму и размер кристаллов. В ходе экспериментов получены гексатетраэдрические кристаллы SiO2 размером 200-400 нм (фото). Естественным путем такие кристаллы могут получаться в глубине Земли, а также сходные структуры были описаны из метеорита. Мы полагаем, что это был первый в мире биосинтез нанокристаллов диоксида кремния.

Интересно, когда мы использовали другие белки, были получены другие кристаллы, такие как треугольные, ромбические додекаэдрические и октаэдрические кристаллы. Пока правда неясно, где они могут найти применение. Хотя следует отметить, что обнаружение таких систем, как зеленые флуоресцирующие белки GFP из кораллов (теперь важная технология в клеточной биологии), или CRISPR/Cas9 системы (геномное редактирование), либо агробактериальной трансформации (теперь основа генетической инженерии растений) сначала не находили применения.

Публикация:
Bioinspired enzymatic synthesis of silica nanocrystals provided by recombinant silicatein from the marine sponge Latrunculia oparinae. Bioprocess Biosyst Eng (2016) 39:53–58.

SEM of hexa-tetrahedral SiO2 crystals of 200–300 nm formed in the presence of silicatein and an aqueous solution of THEOS (1 h incubation at 25 C). a Control (no silicatein); b–f, crystals at different magnifications

2. Клонирование силикатеина, слитого с зеленым флуоресцентным белком (GFP) для изучения биосинтеза и локализации белка в эукариотических экспрессионных системах.

Ген встроен в ДНК клеток табака Nicotiana tabacum (модельное растение для молекулярной биологии) и экспрессирован в этой системе (фото). Для этого ген был предварительно перенесен в растительные трансформирующие векторы.

Синтезированные наночастицы с применением клеток табака были охарактеризованы с помощью УФ-видимой спектроскопии, инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR), рентгеновской дифракции (XRD), сканирующей электронной микроскопии (SEM), энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX), атомно-пламенной электронной микроскопии (AFM) и анализа отслеживания наночастиц (NTA). Средний размер частиц был 40-50 нм.

Публикация:
Green synthesis of silver nanoparticles using transgenic Nicotiana tabacum callus culture expressing silicatein gene from marine sponge Latrunculia oparinae. Artif Cells Nanomed Biotechnol. 2018 Dec;46(8):1646-1658.

Конечно, наночастицы металлов сейчас получают также химическими и физическими методами. Речь идет о качестве, цене и экологичности. В итоге соревнования традиционных технологий с «зелёными» технологиями будет ясно, какие методы практичнее.

Путем биосинтеза можно получать наночастицы металлов более просто. Например, мы установили, что полисахариды, выделенные из дальневосточных водорослей, обладают способностью восстанавливать ионы серебра с формированием наночастиц. Размеры частиц варьировали в пределах от 45 до 78 нм, полученные наночастицы обладают высокой цитотоксичностью в отношении клеток глиомы С6 крысы.

Публикация:
Synthesis of bioactive silver nanoparticles using alginate, fucoidan and laminaran from brown algae as a reducing and stabilizing agent // Carbohydrate Polymers, 2020, 245, 116547.

Нужны система и среда для агрегации больших проектов, как бы они не назывались: консорциумы, коллаборации, партнёрства. В принципе от всех ранее использовавшихся терминов можно отойти, чтобы не вызывать ненужных ассоциаций. Цель: создание больших научных программ на естественной основе - подбирая в них взаимодополняющие друг друга проекты. Поэтому в данной системе не должно быть правил агрегации, спущенных сверху, все решается в полилоге участников проектов. По крайней мере тематически. А потом организационно уже может оформляться по правилам, заданным государством. На канале Russian Engineering мы пробуем создать информационную среду для выяснения тематических взаимоотношений между российскими исследовательскими коллективами. Хуже от этого точно не будет. А получится сделать лучше - скажем спасибо друг другу.

Пока суть да дело, в чате мы начали обсуждать возможные темы для агрегации. Живой интерес вызвала тема #надежность технических систем. И с ней довольно интересная ситуация: в конкурсах научных фондов заявки по тематике механической надёжности практически не поддерживаются (мы пока не нашли поддержанных, продолжаем искать). Немного поддерживаются темы, связанные с радиационной и энергетической надежностью. Кстати, может быть кто-то знает, как эта тема звучит на английском? Я имею в виду, конечно, не доморощенный перевод, а как например американцы ее называют.

Коллеги, добавляйтесь и в чат тоже. Там бывают полезные дискуссии: https://news.1rj.ru/str/RusEngineChat

#агрегация #организационная #среда
Давайте посоветуемся:
1) предположим, что у нас сформировалось сообщество ученых и инженеров по какой-то конкретной теме;
2) им нужна среда для взаимодействия, т.е. своя информационно-коммуникационная система именно для их сообщества; 3) возникают варианты - некоторые разработчики предлагают свои уже готовые системы, которые, естественно, нужно адаптировать для конкретной отрасли/темы;

Что рациональнее: выбирать из почти готовых систем или создавать свою, сразу приспособленную под требования конкретной темы?
И если считать заделы и наработки каждого участника его активами, то будет ли информационная система, принятая сообществом, активом ее разработчика в рамках данного сообщества?

По рекомендации коллег читаю про Цеттелькастен

Базовые тезисы про Зеттелькастен

1. Автономность (вне контекста). Записи должны быть самодостаточными и понятными. Открыл карточку через пол года и понял о чем речь.

2. Личностность (своими словами). Знания должны быть пропущенны через себя. Никаких копипастов

3. Связанность (цепочки мыслей). Они должны быть связаны. Пролинкованы между собой. Образуя сеть похожую на наш мозг, со связями между нейронами.

4. Цеттелькастен это не про хранение старого, а про создание нового. Алгорим для этого примерно такой:

Вычленить отдельную идею -> записать своими словами -> Связать с другими идеями -> Работая с цепочками идей находить новые идеи и связи

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=M4_hS26X7BI
https://www.youtube.com/watch?v=PiS3pRRj994

#VTOL #безаэродромный #КАМА #newconcept #aircraft #aerodynamics Возвращаясь к "летающей штуковине", как обозвали участники чата концепт ЛА безаэродромного базирования КАМА. К нам постепенно присоединяются исследователи и инженеры из авиастроительной отрасли, интересно услышать мнения экспертов о машине с таким аэродинамическим профилем. Если что, носовая часть слева)

Proceeding with the flying vehicle which needs no runways, since it takes off and lands almost vertically. We’d like to have opinions from our foreign colleagues too.

Не вижу управления по рысканию (плоский поворот влево-вправо), разве что закрылками тормозить с одной стороны, довольно расточительно по топливу.

Очень малое удлинение крыла ухудшает аэродинамическое качество. Разве что они туда встроили инжекцию пограничного слоя как у ЭКИПа. В любом случае дорого по топливу.

Нестандартная форма усложняет загрузку для груза, увеличивает время погрузки.

Я так понимаю это не VTOL а просто экранолёт. Форма кажется оптимизированной для этой функции - крылья так близко к земле и такой формы. Это стоило бы уточнить, потому что это совершенно разные направления. Если это экранолет, то и все проблемы от них он же получает. Все поверхности рядом с которыми он может лететь скорее всего уже плотно заселены птицами - с чем и была серьезная проблема с малыми экранолетами и экранопланами. Грубо говоря лишь реки и лед подходят. Остальное нужно или облетать сверху, где экранолёт существенно хуже самолета, либо проще переплыть. Т.е. область применения этого аппарата черезвычайно узкая. Вот это - ключевой пункт про который авторам стоит подумать.

Практичность - зарплата пилоту такова что управлять малым аппаратом не выгодно, зарплата сьедает всю выгоду.

Если это экранолёт, то управления по тангажу на мой взгляд недостаточно чтобы решить проблему смещения к хвосту точки приложения подьемной силы в момент отделения от эффекта экрана, подьема. Только если выходить рывком, что существенно повышает аварийность. Эффект экрана и так сложно контролировать.

Цена - поверхности почти везде имеют кривизну второго порядка - это дорого изготавливать.

Обслуживание - не вижу никакого адекватного места для винтов, и судя по остальному, типа попыток использовать инжекцию пограничного слоя, они таки используют турбину. Это совершенно противоречит тем местам и ситуациям где малый безаэродромный ЛА мог бы быть полезен - малоразвитые регионы. Винтовой двигатель еще можно попробовать починить или сменить винт. Турбина не ремонтопригодна и очень чувствительна к мусору, через который этот аппарат и планирует летать - малая высота опасна в том числе и из-за этого. Либо мы еще больше ограничиваем места полетов.

В целом неплохо, авторы как минимум проштудировали историю авиации ссср и возможно даже сделали расчеты для статики. В основном проблемы которые я вижу связаны с динамикой, экономикой и практичностью.

В следующем сообщении - вопрос из чата. В принципе дискуссия на нормальном уровне уже ведётся, но можно привнести в неё что-то своё. Заходите в чат https://news.1rj.ru/str/RusEngineChat

Блин, а вот такого же уровня дискуссию по металлургии или химии может кто вести? 😄