Научни новини: соларни панели, ГМО крави и сръчкване на „Вояджър“

По-ефективни соларни панели

Погледнато философски, голяма част от енергията, която използваме, е слънчева светлина, съхранена под различни форми. В последните 50–60 години с помощта на соларните панели имаме възможността за прякото ѝ улавяне. С времето технологиите за производството им се усъвършенстват и сегашното поколение е с много по-добра ефективност и по-дълъг експлоатационен период. Увеличаващата се нужда от възобновяеми източници на енергия прави работата по подобряването им по-активна от всякога, като учените залагат на най-различни подходи за постигане на тази цел.

Един от тях е използването на перовскити – това са материали, които имат кристална структура, идентична с тази на минерала перовскит. Особено интересна е възможността за производство на леки и гъвкави панели, ако за основа се използва пластмаса. Друг начин за употребата им е комбинирането със силиций в своеобразен „сандвич“. Това увеличава ефективността на панелите, тъй като различните материали поглъщат слънчеви лъчи с различен спектър. Обикновено се използват два слоя – един от силиций и един от перовскит.

Уви, за разлика от силициевите панели, които може да се използват повече от 20 години, панелите от перовскит не са особено устойчиви на околната среда и обикновено издържат от няколко месеца до няколко години. Нова разработка предлага използването на процес по пасивиране на повърхността на панелите, който повишава тяхната устойчивост и ефективност. Това се постига чрез третиране със сол, която съдържа бром. Употребата ѝ има двойно действие – на повърхността на кристала се образува тънък филм, който премахва микроскопичните несъвършенства в кристалната решетка, правейки я по-устойчива на влиянието на околната среда. Наред с това бромът прониква във вътрешността на материала, което помага за намаляване на енергийните загуби в панела. Така с еднократно третиране се подобряват два от критичните параметри за този тип панели. 

Към момента подходът е приложим за малки изпитателни панели, но учените са сигурни, че той е важна стъпка към масовото им производство. Според тях подходът дава възможност за допълнителна оптимизация, тъй като описаният процес може да се приложи и при други видове перовскити и соли, което означава, че е много вероятно да бъде открита още по-ефективна комбинация.

Това предположение се потвърждава от друг екип, публикувал само няколко дни по-късно подобрен начин за използване на перовскит.

Проблем при създаването на комбинирани панели е загубата на енергия между слоевете, което води до спад в полученото напрежение. За справяне с това в кристала вместо бром е инкорпориран цианид, намаляващ значително загубите в панела. Само по себе си това е добро постижение, но учените са опитали и още нещо – вместо двуслоен те са направили трислоен панел, в който за основа е използвана традиционната комбинация от силиций и перовскит. Върху тях е положен още един слой от новосъздадения перовскит с цианид. Тази комбинация се оказва изключително добра – осигурява ефективност от 27%.

Също както при другата разработка, тепърва предстоят инженерни предизвикателства за въвеждане на процеса в производството на соларни панели, които да се използват от потребителите. Но и двата резултата показват, че все още има голям потенциал за подобряване на съотношението цена/добита енергия и този възобновяем източник тепърва ще ни изненадва.

Сръчкване на Вояджър

Проблемите в комуникацията с „Вояджър 1“ продължават, но от НАСА публикуваха обнадеждаваща новина.

В началото на месеца към сондата е изпратена команда, наречена от екипа „сръчкване“ – тя кара апарата да изпрати паметта на бордовия си компютър. Малко след получаването на командата „Вояджър 1“ е върнал пакет с данни, който, както и в предишните комуникации, е бил разбъркан. Въпреки това инженер от групата за комуникация с далечни апарати (Deep Space Network) е успял да го дешифрира и в него е открито пълно копие на паметта.

В паметта на бордовия компютър са всички данни, с които той оперира – командните инструкции на апарата, информация за моментното му състояние, както и научни данни. Съдържанието на пакета ще бъде сравнено с предишни копия от времето, когато „Вояджър 1“ е функционирал нормално.

Това би могло да подскаже на екипа какво се е объркало, и дава надежда, че освен да разберем какво се е случило с апарата, комуникацията с него ще се поднови и той ще продължи научната си мисия.

Човешки инсулин от крави

Биотехнологичният процес за синтез на човешки инсулин е едно от модерните чудеса на науката. В момента най-често се използват генетично модифицирани дрожди, в които е вмъкната генетичната последователност, кодираща за инсулин. Те се отглеждат в големи биореактори (ферментационни съдове, подобни на използваните за производство на бира), след което протеинът се извлича, пречиства и обработва в зависимост от вида, в който е необходим. 

Интересна иновация предлагат учени от Бразилия и САЩ в съвместна разработка. С помощта на генното инженерство те са създали трансгенна крава, която може да отделя проинсулин (прекурсора, от който се получава биологично активната форма) в млякото си. За целта с помощта на лентивирусен вектор човешкият ген за инсулин е включен в генома на 10 ембриона, които впоследствие са имплантирани и от тях е получена една трансгенна крава. За оптимизация на процеса векторът е конструиран така, че човешкият ген е активен само в млечните жлези на животното. Така естествените му биохимични процеси не се нарушават и трансгенният протеин се отделя само там. Вимето е особено подходящо за подобна трансформация – една от основните му функции е да произвежда големи количества протеини, така че това може да направи процеса много ефективен.

За съжаление, въпреки че животното е успешно модифицирано, добивът от трансгенния протеин е бил нисък. Една от причините е, че опитите за оплождане на кравата са били неуспешни и лактацията е предизвикана хормонално, вследствие на което количеството на полученото мляко е било значително по-малко. Друг фактор е донякъде изненадващата находка, че в млякото има повече инсулин, отколкото проинсулин. Най-вероятно това се дължи на протеази (ензими, разграждащи протеини), които могат да превръщат проинсулина в инсулин. Допълнително усложнение е и откриването на протеази, които разграждат инсулина, като привнасят отрицателен ефект в процеса.

Това прави резултатите интригуващи, но не впечатляващи. Въпреки това разработката показва, че методът работи и има голям потенциал. Ако разграждането на получения инсулин се избегне, например чрез допълнителни модификации или чрез промяна на трансгенния протеин, подобно „биологично производство“ би било изключително ефективно, като премахва нуждата от енергоемки биореактори.

При сходно манипулирани трансгенни мишки количеството проинсулин в млякото е достигнало 8 грама на литър. Ако приемем, че някои породи крави могат да дават над 30 литра мляко на ден, дори при ефективност наполовина от тази при мишките това означава хипотетично производство на над 3 млн. единици инсулин от всяка крава. Така едно малко стадо може да покрива нуждите на стотици хиляди пациенти.

Екологична катализа

Голяма част от реакциите, използвани в химичната и фармацевтичната промишленост са невъзможни без използването на катализатори. Това са вещества или елементи, които в общия случай ускоряват химичните реакции, помагайки да се понижи енергията за активация. Най-често за това се използват благородни метали, като платина, паладий и родий. Начинът им на действие е познат на химиците и те успешно са се наложили като стандарт, но има и редица проблеми. Цената им е много висока, а добивът им е доста енергоемък и замърсява околната среда. Също така употребата им е свързана с отделянето на токсични продукти, които трябва да се обработват по специален начин. Тези недостатъци са стимул да се търси техен заместник, който е по-евтин, енергоефективен и природосъобразен.

Възможна алтернатива е използването на електричество вместо химически катализатор. Вдъхновението за това идва от биологичните катализатори – ензимите, които създават електрически полета в активните си региони. През 2016 г. с помощта на тази технология в наномащаб е катализирана реакцията на Дилс–Алдер, която е широко използвана в органичния синтез. Същият екип в нова публикация описва заместването на меден катализатор в азид-алкиновото циклоприсъединяване. Тази реакция е определена от Бари Шарплес, един от тримата Нобелови лауреати за химия през 2022, като еталон за клик реакция. Освен прилагането му към друг вид реакция, методът е подобрен – мащабът вече не е нано, а се измерва в сантиметри. За целта учените са разработили специална микрофлуидна система, в която протича реакцията.

Освен че има предимства пред конвенционалните катализатори, този подход дава възможност за по-прецизно контролиране на реакциите чрез регулиране на силата и продължителността на електрическите импулси. Това може да послужи за производство на чисти форми на конкретни изомери и би премахнало риска от замърсяване на крайните продукти с частици от катализатори, което е важно за фармацевтичната индустрия.

Колко ваксини са прекалено много?

Имунизационният календар е резултат от множество изследвания. Броят и времето на поставяне на ваксините са строго съобразени с познанията ни за човешката имунна система. Медицината може да отговори на въпроса какво се случва, ако се пренебрегнат препоръките на лекарите и изпаднем в крайност по отношение на ваксинирането. Пример са увеличаващите се случаи на морбили (дребна шарка) в световен мащаб – завръщането на заболяване, обявено от Световната здравна организация за изкоренено в редица държави. По-трудно е да се каже какво става в другия случай – когато се слагат твърде много ваксини. Вероятността някоя етична комисия да позволи изследване на ефекта от многократни ваксинации е пренебрежимо ниска.

Към момента една от водещите хипотези е, че многократните ваксинации могат да доведат до по-слаб имунен отговор. Тя се базира на данни, които сочат, че при хронично излагане на даден патоген Т-клетките на имунната система „се уморяват“ и се наблюдава имунна толерантност, при която организмът не може да се справи ефективно с нападателя. Това е и причината да се води дискусия за честотата на реваксинацията против SARS-CoV-2.

Благодарение на 62-годишен мъж от Германия учените вече имат по-добра представа за ефекта от многократното ваксиниране. Изследователите разбират за случая от новините, след като властите започват разследване за измама срещу мъжа. Те са се усъмнили, след като в рамките на 9 месеца на името му са били регистрирани 130 ваксинации против SARS-CoV-2. Даденото обяснение за „лични подбуди“ явно е убедило разследващите органи, тъй като случаят е прекратен, без да бъдат повдигнати обвинения.

Жителят на Магдебург (наричан HIM в изследването) се е съгласил да бъде тестван, като е съобщил за допълнителни нерегистрирани ваксинации, които вдигат общия брой на 217 дози в рамките на 29 месеца. Оказало се също, че той не е бил особено придирчив – ваксините са от осем различни вида (някои от които бустерни).

В периода от 214-тата до 217-тата му ваксинация учените са изследвали кръв и слюнка от HIM, като получените данни са сравнени с контролна група от 29 души, получили нормалната тристепенна ваксинация. Спрямо тях той има между 5 и 11 пъти по-висока способност да инактивира вируса, но това се дължи на по-голямото количество антитела, а не на завишена активност. Също така е установено, че той отделя антитела и в слюнката си, което не се наблюдава в контролната група. Отчетена е и повишена концентрация на B и T-клетки, но без изменения в способността им за имунен отговор.

Общото заключение от изследването е, че в случая хиперваксинацията срещу SARS-CoV-2 няма негативни ефекти и е повишила количеството антитела, без да има забележим ефект върху общото функциониране на имунната система. От един случай няма как да се направят генерални изводи, но все пак това е интересна и рядка възможност да се наблюдава подобен феномен. Тестовете сочат, че HIM е успял да се предпази от заразяване с вируса, но не е ясно дали това се дължи на многото ваксини.

Авторите завършват статията със следното: „Считаме за важно да отбележим, че не поощряваме хиперваксинацията като стратегия за подобряване на придобития имунитет“.