با سلام خدمت تمامی دوستان عزیز و گرامی.
در راستای ترویج فرهنگ مهدویّت از تمامی مترجما،برنامه نویسان،شاعران،مستند سازان ، کلیپ سازان و... دعوت می شود تا با ما همکاری نمایند.
باتشکّر؛مدریّت سایت
با سلام خدمت تمامی دوستان عزیز و گرامی.
در راستای ترویج فرهنگ مهدویّت از تمامی مترجما،برنامه نویسان،شاعران،مستند سازان ، کلیپ سازان و... دعوت می شود تا با ما همکاری نمایند.
باتشکّر؛مدریّت سایت
در مدل استاندارد ذرات بنیادی، سه نوترینو و سه پادنوترینو وجود دارد که فقط در برهمکنشِ ضعیفِ هستهای شرکت میجویند. این مدل، نوترینوها را همواره چپدست و پادنوترینوها را همواره راستدست در نظر میگیرد و نیز عدد لپتونی را در حین برهمکنشِ ضعیف، ثابت فرض میکند. مدل استاندارد، با وجود موفقیتهای چشمگیر، پاسخهای رضایتبخشی در موردِ فیزیکِ نوترینوها ندادهاست. یکی از معماهای بحثبرانگیزِ این حوزه، «نابههنجاریِ پادنوترینو» است.
رآکتورهای هستهای، چشمههای قویِ نوترینو هستند که همچنانکه فرآوردههای شکافت، دستخوشِ واپاشیِ بتا1 میشوند، در هر ثانیه بیش از 1020 پادنوترینو تولید میکنند. آشکارسازیِ این پادنوترینوها میتواند به منظور پایش رآکتورها در برنامههای منع گسترش تسلیحات و همچنین به منظور آزمونِ پرسشهای بنیادی در فیزیکِ نوترینوها استفاده شود: اندازهگیریهای اخیر نشان دادهاست که شارِ پادنوترینوی اندازهگیریشده از مقدارِ پیشبینیشده کمتر است؛ یافتهای گیجکننده که به عنوان «نابههنجاریِ پادنوترینو2» شناخته میشود. چنین کمبودی میتواند حاکی از گم شدنِ برخی نوترینوها باشد، مثلاً با تبدیل به نوترینوهای آشکاریناپذیرِ «سترون3» که در مدل استاندارد پیشبینی نشدهاند. اکنون محاسبات دانشمندانی از مرکز ملی دادههای هسته ای در آزمایشگاه ملی بروکهاوِن در نیویورک4، ممکن است به مدلهای بهتری از گسیلِ پادنوترینو، هم برای مطالعات بنیادی و هم برای کاربرد، رهنمون شود. نتایج نشان میدهد که فقط کمی از صدها شکافتپارهیِ ممکن، مسئولِ بیشترِ پادنوترینوهایِ آشکاریپذیرِ گسیلیده توسط یک رآکتورِ شکافت هستند.
این پژوهشگران با استفاده از «روشِ جمعزنی5»، طیفهای پادنوترینو را مدلسازی کردند: آنان طیفِ پادنوترینوهای گسیلیده را برای چهار هستهی شکافتپذیرِ مهمترِ موجود در سوختِ رآکتورهای متداول (اورانیوم-235، اورانیوم-238، پلوتونیوم-239، و پلوتونیوم-241)، با جمعزنیِ سهمِ هر شکافتپارهیِ ممکن، محاسبه کردند. تحلیل این پژوهشگران نشان داد که از میان بیش از 800 نوکلاید که میتوانند در گسیلِ پادنوترینو نقش داشتهباشند، فقط مشتی از نوکلایدها (به طور ویژه، 92-روبیدیوم و 96-ایتربیوم)، بیشترِ نوترینوها را تامین میکنند؛ مخصوصاً در طرفِ پرانرژیِ طیف که انتظار میرود ناهمخوانیِ نظریه و آزمایشها بزرگتر باشد. نتایج پیشنهاد میدهد که برای رویارویی با نابههنجاری پادنوترینو با مدلهایی دقیقتر، آزمایشها باید بر تشخیص این چند هستهی کلیدی متمرکز شوند؛ چرا که تغییرات کوچک در پارامترهای واپاشیِ بتای آنها، تاثیرِ نیرومندی بر گسیلِ پادنوترینو خواهدداشت.
این پژوهش، در Physical Review C انتشار یافته است.
تاکیون یکی دیگر از اعجاب های مکانیک کوانتومی است تاکیون ها در جهانی عجیب به سر می برند که در آن همه چیز سریع تر از نور حرکت می کنند. آنها رفتارهای عجیب و غریبی دارند، تاکیون ها با از دست دادن انرژی تندتر می روند، بنابراین با از دست دادن کل انرژی خود با سرعت بی نهایت حرکت خواهند کرد. اما اعجاب آورترین خصوصیت انها این است که تاکیون دارای جرمی موهومی است!!!
به گزارش بیگ بنگ، در جهان ریاضیات یک عدد موهومی، یک عدد به شکل bi است به طوری که یک b عدد غیر صفر و حقیقی، همچنین i نیز به صورت i^2 = -1 (که به آن واحد موهومی نیز میگویند) تعریف شده باشد. اگر در معادلات مشهور اینشتین m را با im جایگزین کنیم، آنگاه چیزی خیره کننده پدیدار می شود. به ناگاه تمام ذرات با سرعت فراتر از نور حرکت می کنند. اما وقتی می فهمیم که ممکن است این وضعیت انتزاعی ریاضیات به فیزیک و عالم کشیده شود به معنای واقعی ترسی ژرف تمام وجودمان را فرا می گیرد چون حتی نمی توانیم آن را در تخیل بیاوریم. بنابراین جرم موهومی حتی از جرمی بی نهایت هم عجیب تر است. در هر صورت تاکیون ها سریع تر از نور حرکت می کنند و جرم موهومی دارند اما فعلا کسی آنها را ندیده است.
با وجود این همه خصلت های عجیب و غریب، تاکیون ها به طور جدی مورد مطالعه فیزیکدانان مانند فاینبرگ قرار گرفته اند. مشکل در آن است که تاکنون کسی تاکیون را در آزمایشگاه ندیده است. فاینبرگ پیشنهاد کرد که فیزیکدانها به بررسی باریکه لیزر پیش از روشن کردن آن بپردازند. اگر تاکیون وجود داشته باشند، آنگاه نور آمده از باریکه لیزر را می توان حتی پیش از روشن شدن این وسیله آشکارسازی کرد! معلوم نیست که از تاکیون ها بشود برای فرستادن پیام ها به گذشته استفاده کرد مثلا فاینبرگ عقیده داشت که گسیل تاکیونی که در زمان پیش می رود، با جذب تاکیون انرژی منفی که در زمان پس می رود یکسان است(مشابه با وضعیت مربوط به پادماده) و شاید علیت نقض نشود.
تفسیر جدی امروزی تاکیون ها این است که آنها شاید در لحظه بیگ بنگ وجود داشته اند و با نقض علیت دیگر وجود ندارند. تاکیون ها دارای خصوصیات عجیب دیگری نیز هستند، وقتی آنها را در هر نظریه ای وارد کنید آنها خلاء را که پایین ترین حالت انرژی است، ناپایدار می کنند. اگر سیستمی دارای تاکیون ها باشد، در خلاء دروغین قرار دارد به طوری که سیستم ناپایدار است و به خلاء راستین واپاشی می کند. باور بر این است که کیهان قبل از بیگ بنگ، در اصل با خلائی دروغین آغاز شد که در آن تاکیون ها وجود داشته اند. به باور فیزیکدانان بوزون هیگز در اصل به صورت تاکیون به راه افتاد.
در خلاء دروغین، هیچ کدام از ذرات زیر اتمی اصلا جرمی نداشتند اما تاکیون آن را ناپایدار کرد و جهان گذاری به خلاء جدید انجام داد که در آن بوزون هیگز تبدیل به ذره ای عادی شد. پس از گذار از تاکیون به ذره عادی، ذرات زیر اتمی شروع به جرم دار شدن کردند. بدین ترتیب کشف بوزون هیگز نه تنها آخرین تکه گمشده مدل استاندارد را تکمیل میکند، بلکه تاکید خواهد کرد که حالت تاکیونی زمانی وجود داشته است اما به ذره ای عادی تبدیل شده است. شاید تاکیون ها پیش از بیگ بنگ وجود داشتند، این ذرات علیت را نقض می کنند اما فیزیکدانان باور دارند که کار اصلی آنها راه انداختن بیگ بنگ بود و بنابراین دیگر مشاهده شدنی نیستند. بنابراین تاکیون ها نمایانگر حالت کوانتومی عجیبی اند که در آن اجسام می توانند سریع تر از نور بروند حتی علیت را نقض کنند. اما آنها مدت ها پیش ناپدید شده اند و شاید به شکل گیری کیهان انجامیده باشند.
طبق نظر فاینمن، الکترونی که در زمان به عقب بر میگردد همان پوزیترون با بار مخالف است. تفسیری که ولف و سارافتی به آن می افزایند این است که الکترون به خارج از مخروط نور خود، به درون خط جهانی تاکیونی که در آن سرعت الکترون بیش از سرعت نور است تابانده می شود. حتی تعدادی از فیزیکدانان معتقدند که تئوری نسبیت اینشتین وجود تاکیون ها را نفی نمی کند و حتی بر وجود آنها صحه می گذارد و در واقع می توان گفت تاکیون ها در خارج از مخروط نور وجود دارند، یعنی در آنسوی فضا-زمان!
نویسنده: میلاد اسکندر دوست/ سایت علمی بیگ بنگ
Recombinant protein overexpression of large proteins in bacteria often results in insoluble and misfolded proteins directed to inclusion bodies. We report the application of shear stress in micrometer-wide, thin fluid films to refold boiled hen egg white lysozyme, recombinant hen egg white lysozyme, and recombinant caveolin-1. Furthermore, the approach allowed refolding of a much larger protein, cAMP-dependent protein kinase A (PKA). The reported methods require only minutes, which is more than 100 times faster than conventional overnight dialysis. This rapid refolding technique could significantly shorten times, lower costs, and reduce waste streams associated with protein expression for a wide range of industrial and research applications.
Overexpressed recombinant proteins for industrial, pharmaceutical, environmental, and agricultural applications annually represent a more than $160 billion world market.1 Protein expression in yeast or Escherichia coli is highly preferred, due to the organism's rapid growth, low consumable costs, and high yields.2, 3 However, large proteins overexpressed in bacteria often form aggregates and inclusion bodies.4–7Recovery of the correctly folded protein then requires laborious and expensive processing of inclusion bodies by conventional methods.1, 8 The most common method for refolding such proteins, for example, involves multi-day dialysis with large volumes (typically 1–10 liters for mg quantities of protein).9 Alternatively, expression of high-value proteins (e.g., therapeutic antibodies or GPCRs for structural biology) require extensively optimized mammalian or insect cell lines, media, and bioreactor conditions.10–12 Recovery of correctly folded proteins from aggregates is inefficient and challenging for large-scale industrial processes. Mechanical methods to solve this problem have been reported. One approach applies very high hydrostatic pressures (400 bar) to refold recombinant proteins from inclusion bodies.13–16We report a novel method by applying finely controlled levels of shear stress to refold proteins trapped in inclusion bodies. This method might be capable of broadening the utility of bacterial overexpression, and could transform industrial and research production of proteins.
We report using a vortex fluid device (VFD) to apply shear forces for rapid equilibration of protein folding and isolation of intermediates during protein folding. In this method, a glass cylinder (10 mm by 16 cm) is spun rapidly (5 krpm) at a 45° angle. At high rotational speeds, the solution within the sample tube forms micrometer-thick, thin fluid films, which flow with the same speed and direction as the wall of the glass tube. The rotating glass tube generates a velocity gradient within the thin fluid film, which introduces shear stress into the solution (Figure 1 A). We imagined applying the VFD with a similar range of input energies to the refolding of proteins: the device produces unusual shear within such films and has been shown to be effective in disassembling molecular capsules15 and reducing the size of micelles used in the fabrication of SBA-15 mesoporous silica with control over the pore size of the material.16 Importantly, the latter occurs at room temperature rather than requiring hydrothermal processing and suggests that the constant “soft” energy in the thin film has application in manipulating macromolecules, such as the refolding of proteins, without requiring heating. Other relevant applications and optimization of a similar VFD include exfoliating graphite and hexagonal boron nitride to generate mono- and multilayer structures,17, 18 controlling the formation of different calcium carbonate polymorphs,19 and controlling chemical reactivity and selectivity.20, 21
Modeling the fluid behavior in the VFD allowed estimation of the shear forces experienced by proteins folding at various rotational speeds. Our analysis applies the solution for cylindrical Couette flow.20, 21 The velocity of the solution, vθ, is a function of the radius, r (Figure 1 A). The boundary conditions for the liquid film interfaces are defined as follows. The inner air–liquid interface at r=R1 slips, due to discontinuity in viscosity, and results in increasingly low shear stress (dvθ/dr=0). At the outer liquid–glass interface, the no-slip boundary dictates that the velocity of the liquid at r=R2 matches that of the inner wall of the glass tube (vθ=R2⋅Ω), where Ω is the angular velocity of the tube. The resulting velocity profile is a nonlinear function of the form(1)
where(2)
From this velocity profile, shear stress can be calculated as(3)
where μ is the viscosity of water at 20 °C. At a speed of 5 krpm, the calculated shear stress ranges from 0.5246 to 0.5574 Pa (Figure 1 B). Although this model provides insight into the shear stress range, the fluid flow will be perturbed by the cross vector of gravity with centrifugal force for a tube oriented at 45°,20 which might also facilitate protein folding; this angular setting also proved optimal for the aforementioned applications of the VFD. The calculated values of shear stress are similar to the levels previously reported to cause protein unfolding,22 and we hypothesized that short periods of VFD processing could allow equilibration of protein folding.
Experiments with native hen egg white were conducted to determine if shear forces could refold denatured hen egg white lysozyme (HEWL) in complex environments. The separated whites were diluted in PBS and heat-treated at 90 °C for 20 min. The resultant hard-boiled egg white was dissolved in 8 m urea, rapidly diluted, and then VFD-processed at the indicated rotational speeds and times (Table S1 and Figure 2 A). The total protein concentration, as determined by bicinchoninic acid assay, was 44 μg mL−1. The recovery of HEWL activity was then demonstrated by a lysozyme activity assay (Figure S1). Refolding HEWL within the egg white at 5 krpm recovered glycosidase activity even after a short 2.5 min spin, but continued shear forces unfolded the protein. As mentioned above, shear-stress-mediated protein unfolding has been observed for other proteins previously. Optimization of VFD times, speeds, and concentration of chaotropic additives is required to find conditions allowing re-equilibration of protein folding without causing loss of the protein structure. VFD processing for 5 min at 5 krpm in 1 m urea resulted in optimal HEWL refolding as monitored by lysozyme activity (Figure 2 A). This experiment establishes the basic parameters for protein refolding by VFD.
To demonstrate refolding of recombinantly expressed, reduced HEWL, the cell pellet was first reconstituted in lysis buffer containing 2-mercaptoethanol, denatured in 8 m urea, and rapidly diluted into PBS (1:100). Buffers used for the expression and purifications of all recombinant proteins are described in Table S2. Second, the diluted protein (1 mL, 44 μg mL−1 protein) was immediately transferred to the VFD sample tube and spun at 22 °C and 5 krpm for 5 min. Circular dichroism (CD) spectra of the VFD-refolded, recombinant HEWL demonstrated restoration of secondary structure from proteins isolated from inclusion bodies. After VFD processing, the CD spectra of identical HEWL samples demonstrated partial recovery of secondary structure compared to the native lysozyme (Figure 2 B). Yields of functional protein determined by lysozyme activity assay are shown in Figure 2 D.
HEWL could also be refolded by continuous-flow VFD. This approach delivers additional sample through an inlet at the cylinder base. The sample (50 mL), added at a flow-rate of 0.1 mL min−1, demonstrated significant recovery of HEWL activity for scalable, high volume applications (Figure 2 C). The recombinant HEWL recovered >82 % of its activity following VFD treatment. As expected, HEWL isolated from inclusion bodies without VFD processing failed to show any lysozyme activity (Figure 2 D). The continuous-flow approach could be readily scaled up and parallelized for industrial applications requiring treatment of very large volumes.
After refolding denatured lysozyme in both complex (egg white) and simple (purified recombinant protein) environments, the next experiments focused on refolding the protein caveolin-1, as an example of a protein requiring an inordinate amount of processing time by conventional approaches (e.g., four days of dialysis). A caveolin variant without its transmembrane domain (caveolin-ΔTM) was recombinantly expressed, and the inclusion body was purified under denaturing conditions. Purified caveolin-ΔTM was diluted and then underwent a short (1 h) dialysis to decrease the urea concentration to 1 m. The protein was then VFD-treated for 0, 10, or 30 min at 5 krpm at a concentration of 186 μg mL−1. The CD spectra of the VFD-processed caveolin-ΔTM showed pronounced minima at 208 and 220 nm, which are indicative of α-helical secondary structure.23 Solution turbidity also decreased sharply following VFD treatment, which illustrates VFD solubilization and refolding of partially aggregated proteins (Figure 3 B). ELISA experiments examined binding by the refolded caveolin-ΔTM to HIV glycoprotein 41 (gp41), a known caveolin binding partner.24–26 VFD processing significantly restored protein function, as shown through binding to gp41 (Figure 3 C).
Larger-sized proteins initially failed to refold, despite VFD treatment. For example, the catalytic domain of cAMP-dependent protein kinase A (PKA, 42 kDa) is significantly bulkier than HEWL (14 kDa) and caveolin-ΔTM (17 kDa) and did not refold from inclusion bodies after treatment with similar protocols to the above experiments. To refold full-length PKA in vitro, we adapted the VFD to provide a closer mimic of cellular folding. In cells, the nascent polypeptide can fold as the N terminus extrudes from the ribosome, whereas in vitro refolding must address the entire protein at once.27 Thus, we attempted to focus shear stress on the N terminus of His-tagged PKA by binding the unfolded protein to Ni2+-charged immobilized metal affinity chromatography (IMAC) resin. The His6-PKA-IMAC complex (1 mL, 0.2–1 mg mL−1) was then subjected to refolding by VFD. Following VFD treatment, His-PKA separated from the IMAC resin and recovered 69 % of its kinase activity (Figure 4). Interestingly, the remaining His-PKA eluted from the IMAC resin by imidazole yielded far less active protein (Figure S3). We hypothesize that protein folding makes the His6 epitope less accessible for strong binding to the IMAC resin subjected to shear by the VFD. Under conventional conditions, IMAC resin binds to folded PKA, but we recovered protein remaining on the IMAC resin after VFD treatment to demonstrate its lack of folding and catalytic activity (Figure S3). Thus, as the VFD folds the protein, PKA elutes from the affinity resin. Negative control experiments with identical conditions but with uncharged IMAC resin, decreased quantities of charged resin, or 500 mm imidazole to block the Ni2+-His6 tag interaction showed only low levels of kinase activity (Figure 4).
As reported here, protein refolding by VFD requires optimization for each protein. Buffers, chaotrope additive, protein concentration, and processing time were optimized for HEWL, caveolin-ΔTM, and PKA. The refolding of HEWL from the complex mixture of boiled egg whites appeared less efficient than recovery of the folded protein isolated from inclusion bodies. In egg whites, the mechanical energy of the VFD could be misdirected to the other >96 % of proteins present.
This report offers significant advantages over conventional approaches to protein refolding. First, VFD-mediated refolding requires much smaller solution volumes (ca. 1 % of the volumes required for conventional dialysis). Second, this key step in protein production occurs more than 100 times faster than overnight dialysis, with >1000-fold improvements for proteins such as a caveolin. Notably, introducing high shear in thin fluid films is a low energy, inexpensive process and can be readily implemented for relatively low cost in conventional biochemistry laboratories.
The advantages of VFD refolding open new possibilities for increasing protein yields in simple cell lines. By using the constant soft energy of the thin microfluidic films, the VFD can untangle complex mixtures, aggregates, and insoluble inclusion bodies. In industrial and academic applications, high concentrations of a chemical inducer like IPTG could drive overexpressed proteins into insoluble inclusion bodies before VFD-based refolding. Conversely, most conventional processes avoid inclusion bodies by optimizing growth conditions and special cell lines at the expense of higher yields and purer protein isolated directly from bacterial cells. As reported here, the continuous-flow mode of the VFD or parallel processing with multiple VFD units could allow scale-up to accommodate much larger solution volumes. Thus, the approach could drastically lower the time and financial costs required to refold inactive proteins on an industrial scale. The VFD sample tube itself can also be modified to amplify or otherwise direct the intensity of shear forces applied. For example, modified surfaces with high contact angle and/or with textured features could enhance the turbulent flow, altering the applied shear stress. Harnessing shear forces to achieve rapid equilibration of protein folding could be expanded to a wide range of applications for research and manufacturing.
تیمی بینالمللی از منجمان با همکاری یک محقق ایرانی، شبیهسازیای از جهان خلق کردهاند که از لحاظ اندازه و سن به جهان مملو از کهکشانهای واقعی شباهت دارد.
به گزارش سرویس علمی ایسنا، این موضوع امکان انجام تحقیقات بیشتر درباره چگونگی تکاملیافتن جهان به شکل کنونیاش طی 14 میلیارد سال را فراهم میکند.
این محققان، به رهبری پروفسور «جوب شایه» از دانشگاه لایدن هلند و با همکاری علیرضا رحمتی، محقق ایرانی و دانشآموخته دانشگاههای شریف، امیرکبیر و لایدن، از ابررایانههای دانشگاه دورهام و نیز ابررایانههای موجود در پاریس برای خلق شبیهسازی موسوم به «تکامل و مونتاژ کهکشانها و محیطها» (EAGLE) استفاده کردند.
تیم علمی توانست انعکاسی دقیق از کهکشانهای واقعی را با واردکردن بادهای قوی کهکشانی در این شبیهسازی وارد کند. این بادها از ستارگان، انفجارات ابرنواختری و سیاهچالههای فوق عظیم ناشی میشوند و منبع گازی لازم برای شکلگیری ستارهها و کهکشانهایی سبکتر و جوانتر را ارائه میدهند.
در شبیهسازیهای پیشین، بادهای کهکشانی ضعیفتر بودند و منجر به شکلگیری زودهنگام کهکشانها در این مدل، در مقایسه با جهان مشاهدهشده دقیق میشد.
به گفته «ریچارد باور» از دانشگاه دورهام، جهان خلقشده با استفاده از رایانه در این تحقیق درست مانند جهان واقعی است.
در مدل شبیهسازیشده، کهکشانها با تمامی شکلها، اندازهها و رنگ همه جا هستند و این درست مانند آن چیزی است که دانشمندان با استفاده از تلسکوپهای عظیم مشاهده کردهاند. در این جا، حتی میتوان با فشاردادن دگمهای، زمان را به عقب بازگرداند.
با داشتن مدلی که کهکشانها را درست مانند جهان واقعی تولید میکند، محققان امیدوارند بتوانند از آن به عنوان ابزاری برای کنکاش چگونگی به وجودآمدن جهان پس از انفجار بیگبنگ استفاده کرد.
جزئیات این تحقیقات در نشریه Monthly Notices from the Royal Astronomical Society قابل مشاهده است.
به نقل از آرت دیلی؛ متخصصان آمریکایی در حال بررسی تفنگی قدیمی هستند؛ این تفنگ که نوعی اسلحه وینچستر مدل 1873 است توسط یکی از کارکنان پارک ملی آمریکا در "نوادا" که در حال همکاری با گروه باستان شناسی حاضر در این پارک بود، پیدا شد.