[CENTRAAL] Wetenschap & Technologie in het Nieuws 2

20-08-2012

DNA is ultieme harddrive: klein stukje DNA slaat 70 miljard boeken op



Wetenschappers hebben 70 miljard kopieën van een boek opgeslagen. Hoeveel harde schijven ze daarvoor nodig hadden? Eentje, zo groot als uw duimnagel. De onderzoekers sloegen de informatie namelijk op in DNA en breken daarmee alle records.

Het is niet voor het eerst dat onderzoekers informatie opslaan in DNA. Wel hebben deze onderzoekers vele malen meer informatie opgeslagen dan hun collega’s voor hen deden. Ze sloegen 70 miljard kopieën van een boek op. Dat is ongeveer 1000 keer meer informatie dan onderzoekers eerder in DNA opsloegen.

Geschikt
DNA is een heel geschikt opslagmedium. Het kan enorme hoeveelheden energie opslaan, doordat de dichtheid groot is. Bovendien kan informatie die in DNA opgeslagen wordt, heel lang en onder de meest extreme situaties bewaard blijven. “Je kan het overal achterlaten: in de woestijn of in je achtertuin en over 400.000 jaar is het er dan nog,” vertelt onderzoeker George Church.

Nadelen
Maar informatie opslaan in DNA – oftwel in levende cellen – heeft ook nadelen. “In een organisme maakt je boodschap slechts een klein deel van de complete cel uit, dus er wordt heel veel ruimte verspild. Maar belangrijker nog: zodra DNA in de cel belandt en geen evolutionaire voordelen heeft, zal de cel het gaan veranderen en uiteindelijk helemaal verwijderen.” Om te voorkomen dat dat gebeurde, bedachten Church en zijn collega’s een andere aanpak. “We hebben levende cellen heel bewust vermeden.”

Hoe?
De onderzoekers zetten het boek eerst om in binaire codes. Vervolgens pakten ze er de nucleobasen van DNA bij: adenine (A), thymine (T), guanine (G) en cytosine (C). De binaire code werd dan weer omgezet in deze basen: nullen werden A of C en enen G of T. Vervolgens maakten ze DNA waarin deze informatie werd opgesloten, zo meldt het blad Science. Van elk blokje data werden meerdere kopieën opgeslagen die bij het uitlezen van de data met elkaar vergeleken konden worden. Als er foutjes in zaten, konden deze zo gemakkelijk worden opgespoord.

Gaan we in de toekomst dan onze teksten en foto’s allemaal op DNA opslaan? Het lijkt er nog niet op. Op het moment kost het bijvoorbeeld nog heel veel tijd om data die in DNA zit opgeslagen uit te lezen. Vandaar dat DNA vooral geschikt is als opslagmedium voor bijvoorbeeld archieven die u wel moet behouden, maar nooit of heel weinig meer gaat raadplegen. De kans dat DNA in de toekomst wel een rol gaat spelen als opslagmedium voor oude archieven is wel groot: de mensheid produceert in een razend tempo data en vier gram DNA is in theorie voldoende om alle digitale data die de mensheid in een jaar tijd maakt, op te slaan.

(scientias.nl)

30-08-2012

Australische ziet na 30 jaar opnieuw dankzij bionisch oog



Dianne Ashworth (R) kan opnieuw zien nadat ze een bionisch oog heeft gekregen. © epa.
Een Australische vrouw, die dertig jaar geleden blind raakte, heeft het eerste prototype van een bionisch oog ingeplant gekregen. De vrouw liet vandaag weten opnieuw een beetje te kunnen zien.


© epa.

De 54-jarige Dianne Ashworth raakte blind door een erfelijke aandoening. Nadat het bionische oog chirurgisch ingebracht werd, kon de vrouw opnieuw een beetje zien. "Plots zag ik een kleine flits, het was fantastisch", aldus Ashworth in een mededeling van het Bionic Vision Australia-onderzoeksproject. "Iedere keer ze een stimulatie gaven, verscheen er een andere vorm voor mijn oog."

Het implantaat bevat 24 elektroden die impulsen naar zenuwcellen in het oog sturen. Het gaat om elektrische impulsen die natuurlijk voorkomen bij normaal zicht. In het prototype is het oog verbonden met een ontvanger achter het oor. Die ontvanger is verbonden met het laboratorium, zodat onderzoekers de informatie die naar het oog gestuurd wordt, kunnen controleren. Zo bestuderen ze de reacties van het brein.

"Dit is een wereldprimeur", aldus chirurg Penny Allen. Teamleider David Penington zei dat de resultaten beter dan verwacht waren. Hij is ervan overtuigd dat een volledig ontwikkeld bionisch oog "bruikbaar zicht" zal kunnen leveren. Zo'n volledig ontwikkeld hulpmiddel zou beschikken over een visieprocessor, die beelden bouwt uit lichtflitsen, en een externe camera.

(HLN)

29-08-2012

‘Cyborgweefsel’ komt tot leven

Het kweken van weefsels is niet nieuw. Maar het kweken van weefsels waarin draden en sensoren zitten die van elke individuele cel de elektrische activiteit in het oog houden wel. Wetenschappers van de Harvard Universiteit kregen dat voor elkaar. In de toekomst kan de elektronica wellicht het gedrag van de cel beïnvloeden.


Het karakter Locutus, een leider van cyborgs, uit de sciencefictionserie Star Trek.

Het was nog nooit iemand gelukt om elektronische onderdelen naadloos met biologische materialen te verweven. Maar onderzoekers van de Harvard Universiteit en het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben nu een methode ontwikkeld om elektronica in te lijven in levend weefsel. Robotachtige mensen zoals de man hiernaast op het plaatje zijn er niet mee te maken, maar de minuscule ‘cyborgweefsels’ hebben een hoop te bieden voor geneeskundig onderzoek.

Seintje naar de cel
Wetenschappers zijn al jaren bezig met het kweken van organen en weefsels in het laboratorium, met als doel beschadigde weefsels in patiënten te vervangen, of om er nieuwe medicijnen op uit te testen. Een grote uitdaging in hun werk is het bedenken van een systeem dat kan waarnemen wat er chemisch en elektrisch gezien in zo’n weefsel gebeurt, nadat het gekweekt of geïmplanteerd is.

In ons lichaam is het de klus van het onbewuste, oftewel autonome zenuwstelsel om precies bij te houden wat bijvoorbeeld de pH of het zuurstofgehalte is, ergens in het lichaam. Wijken de waarden af, dan spelen zenuwcellen deze informatie via elektrische impulsen door naar de hersenen. Die geven vervolgens een seintje naar het lichaam om er wat aan te doen. Deze lichaamseigen terugkoppeling proberen wetenschappers na te maken in gekweekte organen.

Hierbij lag de focus tot nu toe op 2D-methoden waarbij cellen bovenop de elektronische onderdelen groeiden. Maar dat levert alleen informatie afkomstig van de oppervlakte van een weefsel. Het Amerikaanse onderzoeksteam heeft nu een manier gevonden om elektronica driedimensionaal met levend weefsel te verweven.


De nanodraden (oranje) zijn zo klein en flexibel dat ze de groei van het weefsel niet verstoren. Afbeelding: © C. Lieber & D. Kohane

Half robot, half mens
Hierbij vlochten ze metalen nanodraadjes van tachtig nanometer dik – dat is ongeveer duizend keer zo klein als de dikte van een menselijke haar – samen tot een gaasachtig netwerk. Op de nanodraadjes zaten kleine sensoren van silicium die elektrische activiteit waarnamen.

Het buigzame gaasje vouwden of rolden ze in de gewenste driedimensionale structuur, zoals in de vorm van een bloedvat. Vervolgens werd het gaasje bezaaid met rattencellen die via de gaatjes ook in het binnenste van de structuur terechtkwamen. Het resultaat? Een weefsel dat half robot, half rat was.

Het team testte hun systeem met levende hart-, spier- en zenuwcellen van ratten. Zo mat het systeem dat hartcellen sneller gaan kloppen door er een medicijn bij te doen dat het samentrekken van hartcellen stimuleert. Het cyborgweefsel gedraagt zich dus als een echt hart, en is in staat veranderingen waar te nemen. Zelfs signalen afkomstig van de diepst gelegen cellen waren op te pikken zonder dat de elektronica de levensvatbaarheid of acitviteit van de cellen aantastte.

Het mooiste komt nog: de onderzoekers kweekten een menselijk bloedvat van anderhalve centimeter lang, met daarin de nanodraden. Door de elektrische signalen binnen en buiten het vat te meten – iets wat voorheen onmogelijk was – pikten de onderzoekers elektrische patronen op. Zulke patronen kunnen allerlei medische hints geven, zoals de aanwezigheid van een ontsteking of een dreigende hartziekte.


Cyborgweefsel zou de dokter kunnen informeren hoe het hart functioneert. Afbeelding: © iStockPhoto

Denkende weefsels
Omdat het systeem de reactie van cellen op een nieuw medicijn live volgt, kan het cyborgweefsel het effect van medicijnen in menselijke weefsels testen. Zonder de medicijnen ooit in een echt mens uit te hoeven proberen. Daarnaast zou je stukjes cyborgweefsel op de oppervlakte van bijvoorbeeld een hart kunnen plakken, zodat ze verslag kunnen uitbrengen aan een dokter over de functie van een orgaan of weefsel.

Maar als ultiem doel heeft het team het volgende voor ogen. Tot nu toe is de elektronica alleen gebruikt om de signalen van cellen op te nemen. Maar in de toekomst moet het cyborgweefsel ook commando’s kunnen gaan geven, als reactie op de opgepikte celsignalen. Kloppen de hartcellen bijvoorbeeld te langzaam? Dan zou zo’n stukje cyborgweefsel deze cellen elektrisch kunnen stimuleren.

De wetenschappers gaan daarom in vervolgonderzoek proberen om elektronische onderdelen aan het systeem toe te voegen die met het zenuwstelsel kunnen ‘praten’.

Bron:
Bozhi Tian e.a., Macroporous nanowire nanoelectronic scaffolds for synthetic tissues, Nature Materials (26 augustus 2012, online).
DOI:10.1038/nmat3404.

(Kennislink)

31-08-2012

TED – femto-fotografie, een biljoen frames per seconde

Ramesh Raskar presenteert femto-fotografie, een nieuw type beeldvorming, zo snel dat het de wereld toont in een biljoen frames per seconde. Het geeft de beweging van het licht zelf weer. Deze technologie kan ooit worden gebruikt om camera’s te bouwen die ‘rond’ hoeken kunnen kijken of in het lichaam kunnen kijken zonder gebruik te maken van X-stralen.

06-09-2012

Menselijk genoom nog beter in kaart
Onduidelijk hoeveel details we nu nog missen



Van ongeveer 80 procent van het menselijke DNA is nu duidelijk waar het voor dient. Het overgrote deel regelt de productie van de eiwitten waar 2 procent van het DNA daadwerkelijk voor codeert. Dat valt op te maken uit de resultaten van het ENCODE-project die woensdagavoind online zijn gezet, uitgesmeerd over 30 publicaties in de tijdschriften Nature, Genome Research en Genome Biology.

Nog maar een paar jaar geleden werd vrij algemeen aangenomen dat die 2 procent genen zowat de enige interessante fragmenten waren en dat de rest ‘junk DNA’ was. ‘The term junk DNA must now be junked’, zo tekende de BBC op uit de mond van een van de betrokken onderzoekers.

ENCODE is de optelsom van deelonderzoeken waaraan 440 wetenschappers in 32 labs in de VS, Groot-Brittannië, Spanje, Singapore en Japan hebben meegewerkt. Samen zijn ze sinds 2003 bezig geweest om alle 3 miljard basenparen van het menselijk DNA te screenen en er zo mogelijk een specifieke functie aan te verbinden.

Helemaal klaar zijn ze nog niet maar tot nu toe hebben ze 70.000 ‘promoters’ gevonden, dat zijn DNA-fragmenten die de aflezing mogelijk maken van een gen dat even verderop in de DNA-keten zit. Ook vonden ze bijna 400.000 ‘enhancers’ die de expressie beïnvloeden van een gen dat heel ergens anders zit.

Een commentaar in Nature maakt duidelijk dat de wetenschap desondanks nog lang niet klaar is met het DNA. Zo zou je eigenlijk álle beschreven experimenten moeten herhalen met álle 180 verschillende menselijke celtypen die in de ENCODE-artikelen langskomen, in het besef dat DNA zich in elk celtype een beetje anders pleegt te gedragen (anders zouden het immers geen verschillende celtypen zijn!). Ook zal er nog wel een hoop verschil zijn tussen verschillende individuen.

Critici voorspellen zelfs dat je met ENCODE eindeloos kunt doorgaan en - vooral - dat je er eindeloos geld in kunt blijven pompen, ten koste van ander onderzoek waar wellicht veel eerder iets bruikbaars uit komt.

Waarbij Nature opmerkt dat niemand dit hardop durft te zeggen uit vrees dat het ten koste van de eigen funding gaat.

bron: Nature, BBC News

(c2w.nl)

06-09-2012

Wetenschappers verbeteren record quantumteleportatie

Het is wetenschappers gelukt om de quantumstaat van subatomaire deeltjes over een afstand van 143 kilometer te teleporteren. Dat betekent een nieuw wereldrecord en brengt het ontwikkelen van een quantumcommunicatienetwerk dichterbij.

Het onderzoek werd uitgevoerd door wetenschappers van de universiteit van Wenen. Daarbij slaagden de natuurkundigen erin om quantuminformatie over een afstand van 143 kilometer te teleporteren, wat aanzienlijk langer is dan het vorige record van 97 kilometer, dat onlangs werd gevestigd. Met een afstand van 143 kilometer komen de wetenschappers dichter in de buurt van satellieten die in een lage baan om de aarde draaien. Wanneer teleportatie tussen het aardoppervlak en satellieten bewerkstelligd kan worden, komt de ontwikkeling van een globaal communicatienetwerk op basis van quantumtechnologie dichterbij.

Voor het teleporteren van data wordt gebruikgemaakt van een principe dat bekendstaat als 'verstrengeling'. Subatomaire deeltjes kunnen met elkaar verstrengeld zijn, wat inhoudt dat de toestand van het ene deeltje wordt gereflecteerd in de toestand van het andere. Vaak worden voor dit soort onderzoeken fotonen gebruikt, de deeltjes van licht. Als de eigenschappen van het ene foton veranderen, veranderen ook die van het tweede foton, een verschijnsel dat quantumteleportatie wordt genoemd, omdat er geen fysieke overdracht van gegevens of deeltjes plaatsvindt.

Volgens de wetenschappers was het voor het bewerkstelligen van teleportatie over 143 kilometer nog wel noodzakelijk om ook conventionele data mee te sturen. Hiermee kon het verstuurde quantumsignaal efficiënter worden ontcijferd. Dit verhoogt de snelheid waarmee individuele quantumtoestanden geteleporteerd kunnen worden.

Met verstrengelde fotonen kan data verzonden worden in de vorm van quantumbits, of qubits. De communicatie met satellieten maakt een globaal netwerk mogelijk. Hoewel het teleportatierecord van 143 kilometer dit dichterbij brengt, is er nog geen infrastructuur om een quantumcommunicatienetwerk op te zetten.

(tweakers.net)

12-09-2012

Wetenschappers ontdekken hoe brein veroudert

Hersencellen verouderen op dezelfde manier als andere lichaamscellen, in tegenstelling tot het traditionele idee dat ze op een andere manier zouden verouderen.


Foto: Thinkstock

Tot deze conclusie komen wetenschappers van de Newcastle University uit het Verenigd Koninkrijk in het tijdschrift Aging Cell.

Het verouderingsproces is diep geworteld in onze cellen. In het verleden toonden onderzoekers al aan dat bepaalde moleculaire processen er na celbeschadiging voor zorgen dat een cel niet meer kan delen.

Aan de andere kant ging men er vanuit dat dit verouderingsproces bij cellen die door hun specialisatie niet meer delen, zoals neuronen in de hersenen, op een andere manier verliep.

Celtype

Dit onderzoek bij oude muizen toont aan dat veroudering bij neuronen in de hersenen op precies dezelfde manier verloopt als bij fibroblasten, het belangrijkste celtype van onder andere de huid om bijvoorbeeld wonden te repareren.

Veroudering van een cel zorgt voor beschadigd DNA en dat zorgt er bij fibroblasten voor dat ze giftige stoffen gaan uitstoten. Dit maakt dat verouderde cellen naburige soortgenoten mee kunnen trekken in hun ondergang. Nu blijkt dit ook zo te werken bij neuronen.

Dementie

Omdat neuronen toch niet anders verouderen, stelt dit onderzoekers in staat om in de nabije toekomst op andere manieren tegen ouderdomsverschijnselen van het brein aan te kijken, zoals verschillende vormen van dementie en aanverwante verschijnselen die met neurodegeneratie te maken hebben.

(nu.nl)

11-09-2012

Een bewijs voor het abc-vermoeden?

De Japanse wiskundige Shinichi Mochizuki claimt een grote doorbraak in de getaltheorie. Hij zegt het abc-vermoeden te hebben bewezen, gebruikmakend van vele nieuwe, door hemzelf ontwikkelde begrippen.

Opwinding onder wiskundigen: de Japanner Shinichi Mochizuki van de Kyoto University in Japan zou het abc-vermoeden hebben bewezen. Dit vermoeden doet een uitspraak op het gebied van positieve gehele getallen. Is het waar, of gaat het om de zoveelste bewijspoging van een groot wiskundig probleem die de prullenbak in kan? “Dit moeten we serieus nemen”, zegt Hendrik Lenstra, hoogleraar getaltheorie aan de Universiteit Leiden en een van de initiatiefnemers van het project ‘Reken mee met abc’ om het abc-vermoeden bij een groter publiek bekend te maken.

Vakgenoten uit de hele wereld zijn het met hem eens: “Mochizuki is een uitstekende wetenschapper en heeft in zijn vakgebied al vele grootse resultaten geboekt”, aldus Gerhard Frey, de Duitse wiskundige die in de jaren tachtig van de vorige eeuw een verband wist te leggen tussen de laatste stelling van Fermat en modulaire vormen, hetgeen Andrew Wiles in staat stelde om eindelijk af te rekenen met Fermats beroemde bewering uit 1637.


Shinichi Mochizuki.

Specialistisch
Mochizuki heeft zijn bewijs op internet gezet. Ondanks dat ik wiskundige ben, snap ik niets van zijn artikel. Want zo gaat het nu eenmaal in het moderne onderzoek: de stappen in een wiskundig bewijs zijn zó specialistisch, dat die pas na jaren studie in het betreffende deelgebied van de wiskunde te volgen zijn. En zeker in dit geval: Mochizuki’s aanpak is compleet nieuw en door hem zelf verzonnen. Zijn hele wiskundige bouwwerk moet eerst begrepen worden. De verificatie van zijn bewijs vereist dus heel veel werk; ook experts als Lenstra en Frey kunnen daar maanden of zelfs jaren zoet mee zijn.

Toch acht ik iedereen die kan optellen en vermenigvuldigen in staat om het abc-vermoeden te begrijpen. Dat maakt dit vermoeden zo aantrekkelijk, vergeleken met veel andere open problemen in de wiskunde. Het abc-vermoeden gaat over drie getallen, a, b en c, waarvoor geldt dat a + b = c. Bijvoorbeeld: 1 + 2 = 3. Of: 4 + 121 = 125. Van de drie getallen eisen we dat ze positief en geheel zijn, en dat hun grootste gemene deler gelijk is aan 1. Dus 2 + 4 = 6 doet niet mee, want 2, 4 en 6 zijn alle drie deelbaar door 2.

Bij de som 4 + 121 = 125 gaat het hart van de wiskundige sneller kloppen, want de getallen 4, 121 en 125 zijn alle drie ‘perfecte machten’: 4 is het kwadraat van 2, 121 het kwadraat van 11 en 125 de derdemacht van 5. En zoiets is bijzonder: als je willekeurig twee perfecte machten kiest, zal hun som meestal géén perfecte macht zijn. Een ander ‘mooi’ voorbeeld is 343 + 59049 = 59392. De getallen 343 en 59049 zijn perfecte machten: 73 respectievelijk 310. En 59392 is ‘bijna’ een perfecte macht: 29 × 211.

Priemgetallen zijn de bouwstenen van de natuurlijke getallen. Ze zijn alleen door 1 en zichzelf deelbaar. Getallen die niet priem zijn, kunnen als product van ten minste twee priemgetallen geschreven worden. Zo is de priemfactorontbinding van 45 gelijk aan 3 × 3 × 5. Het abc-vermoeden gaat over diepe connecties tussen de priemfactoren van de drie getallen a, b en c.

Rijke en arme getallen
We noemen een getal rijk als ten minste een van zijn priemfactoren meer dan eens voorkomt in zijn priemfactorontbinding. Dus 45 is rijk, want de priemfactor 3 komt twee keer voor. Hoe vaker een priemfactor voorkomt, hoe rijker het getal. Als geen enkele priemfactor meer dan één keer voorkomt, heet het getal arm. Een rijk getal kunnen we arm maken door alle meervoudig voorkomende priemfactoren eruit te gooien, zodat we van elke priemfactor nog maar één stuk overhouden. Wiskundigen noemen deze arme versie het radicaal, afgekort rad. Dus het radicaal van 45 is 3 × 5 = 15. Nog een paar voorbeelden: rad(343) = rad(73) = 7, en rad(59392) = rad(29 × 211) = 29 × 2 = 58. Het radicaal van een arm getal is uiteraard het getal zelf, bijvoorbeeld: rad(34) = rad(17 × 2) = 17 × 2 = 34.

Bij het abc-vermoeden draait het om het radicaal van het product a x b x c (kortweg abc). Neem bijvoorbeeld het tripel {3, 7, 10}. Er geldt rad(3 × 7 × 10) = rad(3 × 7 × 2 x 5) = 210. Dit radicaal is een stuk groter dan 10, de waarde van c. Verwonderlijk is dat niet, want het getal 3 × 7 × 10 is arm: het bevat vier priemfactoren die elk slechts één keer voorkomen. Bij het tripel {1, 8, 9} pakt het anders uit: rad(1 × 8 × 9) = rad(23 x 32) = rad(2 × 3) = 2 × 3 = 6. Je ziet: het radicaal is kleiner dan 9, de waarde van c.

De kwaliteit van een tripel
Voor tripels met rad(abc) < c voeren we een kwaliteitsmaat in: de kwaliteit van een tripel {a, b, c} is de macht waartoe je het radicaal van abc moet verheffen om c te krijgen. De kwaliteit van het tripel {1, 8, 9} is ongeveer gelijk aan 1,226: de oplossing van de vergelijking 6k = 9. En hoe zit het met de kwaliteit van dat prachtige tripel {4, 121, 125}? Het radicaal van het product 4 × 121 × 125 is gelijk aan 2 × 11 × 5 = 110, dus de gezochte kwaliteit is de oplossing van 110k = 125: die is ongeveer 1,027. Je ziet: slechts een heel klein beetje groter dan 1. Dat komt doordat 4, 121 en 125, hoewel niet arm, wel aan de armoedegrens leven: de exponenten van de priemfactoren zijn niet meer dan 2 of 3.

Het tripel {343, 59049, 59392} bevat rijkere getallen: de exponent van 3 in de priemfactorontbinding van 59049 is 10, en de exponent van 2 in de priemfactorontbinding van 59392 is zelfs 11. Dat maakt dat dit tripel een erg hoge kwaliteit heeft. Het radicaal van 343 × 59049 × 59392 is 7 × 3 × 29 x 2 = 1218, de gezochte kwaliteit is ongeveer 1,547.

Een afgezwakte versie van het abc-vermoeden zegt dat de kwaliteit niet willekeurig groot kan worden: er zit een bovengrens aan. Nu is ook duidelijk waarom we eisten dat a, b en c geen gemeenschappelijke delers mogen hebben: zonder die eis kan de kwaliteit wél willekeurig groot worden. Bijvoorbeeld, als a = b = 299, dan is c = 2100 en rad(abc) = 2. De kwaliteit is dan 100.


Joseph Oesterlé.


David Masser.

De beste kwaliteit die tot nog toe is gevonden, is (afgerond op drie decimalen) 1,630 en hoort bij het tripel {2, 310 x 109, 235}. Dit resultaat, van Eric Reyssat, stamt al uit 1987, twee jaar nadat het abc-vermoeden werd geformuleerd door Joseph Oesterlé en David Masser. Sindsdien is er, ondanks veel computerberekeningen, geen enkel tripel met een hogere kwaliteit gevonden. Men acht het daarom niet onwaarschijnlijk dat Reyssats drietal de absolute kampioen is.

Het abc-vermoeden zoals Oesterlé en Masser het formuleerden, klinkt wat zwaarder: voor elke willekeurige grens g groter dan 1 bestaan er slechts eindig veel tripels met een kwaliteit groter dan g. Het is niet moeilijk om te bewijzen dat er oneindig veel tripels bestaan met een kwaliteit groter dan 1. Maar kennelijk zijn de meeste van die kwaliteiten maar een heel klein beetje groter dan 1: op een eindig aantal na hebben ze allemaal een kwaliteit tussen 1 en g, hoe dicht je g ook bij 1 kiest.

Gevolgen
Als Mochizuki gelijk blijkt te hebben, is dat misschien wel de grootste doorbraak in de getaltheorie sinds Andrew Wiles in 1994 het bewijs van de laatste stelling van Fermat voltooide. Voor Wiles was Fermat ‘slechts’ een bijproduct: in feite bewees hij een deel van het vermoeden van Taniyama-Shimura, waaruit de juistheid van Fermats laatste stelling volgt.

Iets soortgelijks geldt voor Mochizuki. De stelling waarop hij zich stortte, is omvangrijker dan het abc-vermoeden. Niet alleen dit vermoeden volgt uit zijn stelling, ook twee andere, minder bekende vermoedens, zijn automatisch bewezen als hij gelijk blijkt te hebben: het Vojta-vermoeden en het Szpiro-vermoeden.

De diepgang van het abc-vermoeden blijkt alleen al uit het feit dat de laatste stelling van Fermat eruit volgt. Kinderlijk eenvoudig zelfs, mits de bovengrens voor de kwaliteit niet te hoog uitvalt. Als er geen tripels met kwaliteit hoger dan 2 bestaan (en daar lijkt het sterk op), is ‘Fermat’ in een paar regels bewezen. Maar goed, dat ‘Fermat’ klopt, wisten we al, dankzij Andrew Wiles. Om de kracht van het abc-vermoeden te laten zien, volgt hier een ander voorbeeld.

De getallen 8 en 9 hebben de aardige eigenschap dat ze beide zuivere machten zijn (23 en 32) en bovendien buren van elkaar zijn op de natuurlijke getallenlijn. Eugène Catalan vermoedde in 1844 dat 8 en 9 de enige twee getallen zijn met deze eigenschap en Preda Mihăilescu bewees in 2002 dat Catalan gelijk had.

Maar nog veel vragen bleven onbeantwoord: hoeveel tweetallen zuivere machten bestaan er met verschil 2, zoals 25 (= 52) en 27 (= 33)? Of met verschil 3, zoals 125 (= 53) en 128 (= 27)?

In 1936 vermoedde Subbayya Pillai dat er voor elke waarde van k slechts eindig veel paren van zuivere machten bestaan met verschil k. Tot nog toe is dit alleen bewezen voor het geval k = 1: het Catalan-vermoeden. Als Mochizuki’s bewijs de toets der kritiek doorstaat, is het Pillai-vermoeden in één klap bewezen voor élke waarde van k.

(Kennislink)

13-09-2012

Dove gerbils kunnen weer horen dankzij stamcellen

Britse onderzoekers hebben dove gerbils weer laten horen met behulp van menselijke stamcellen. De methode zou in de toekomst mogelijk ook voor mensen werken.


Foto: Thinkstock

De wetenschappers behandelden 18 gerbils, die volledig doof waren aan één oor. De stamcellen zorgden voor een gemiddelde verbetering aan het gehoor van 46 procent. Het onderzoek is woensdag gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature.

Marcelo Rivolta, die het project leidde, denkt dat er al over een paar jaar mensen geholpen kunnen worden met deze behandeling. "Er is meer onderzoek nodig, maar we weten nu dat dit mogelijk is," aldus Rivolta, tegen Nature.

.Als de behandeling even succesvol is met mensen, zouden patiënten die nu zelfs geen verkeer horen, straks een gesprek kunnen verstaan. De onderzoekers hebben beschadigde zenuwcellen, die zenuwimpulsen van geluidstrillingen versturen van het oor naar de hersenen, vervangen. Hierbij maakten ze gebruik van stamcellen van een menselijk embryo.

De behandeling is getest op gerbils, omdat wat deze dieren kunnen horen zeer vergelijkbaar is met wat mensen kunnen horen. Gewone huismuizen, die vaker worden gebruikt als proefdier, horen hogere frequenties dan mensen.

Door: NU.nl/Emma van der Wateren .

(nu.nl)

16-09-2012

Microscoop kan atoomverbindingen in moleculen tonen



Franse en Spaanse wetenschappers zijn erin geslaagd om met een microscoop plaatjes te maken van moleculen waarbij de verbinding tussen atomen zichtbaar is. Een dergelijke microscoop kan gebruikt worden voor onderzoek in de chemie.

De microscoop werkt met een minuscule metalen naald waarbij het uiteinde is voorzien van een koolstofmonoxide-molecuul. Door de naald over een oppervlak te bewegen kan een beeld worden gecreëerd. De techniek wordt atomic force microscopy genoemd en is ontwikkeld door IBM. Eerder slaagde dit bedrijf er al in om plaatjes van een individueel molecuul te maken.

Bij hun onderzoek moesten de Franse en Spaanse wetenschappers hun microscoop gekoeld houden op een temperatuur van -268 graden, om ervoor te zorgen dat het beeld door trillingen niet werd verstoord. Afbeeldingen worden gemaakt door elektronenrepulsie te meten: wanneer het koolstofmonoxide-molecuul over het oppervlakte van een molecuul beweegt, zorgt toenadering voor een sterkere elektromagnetische afstoting. Op basis daarvan kunnen met de computer plaatjes worden geconstrueerd.

Een van de gepubliceerde afbeeldingen laat duidelijk de verbindingen tussen individuele atomen zien in een molecuul. De technologie kan wetenschappers erbij helpen uit te vinden wat er op atomair niveau gebeurt bij chemische reacties. Volgens de wetenschappers kan hiermee onder andere de moleculaire structuur van grafeen beter worden bestudeerd.

(Tweakers.net)

18-09-2012

Toevallige botsingen
Hoe de verbindingen in je brein tot stand komen

Je brein bevat miljarden hersencellen, en nog veel meer verbindingen daartussen. Hoe komen die verbindingen tot stand? Hoe toevallige botsingen een robuust brein opleveren.


© PNAS

Het menselijk genoom is inmiddels in kaart gebracht, maar het menselijk brein is nog voor een flink deel een mysterie. Neurowetenschappers hebben nu hun pijlen gericht op het in kaart brengen van ‘de meest complexe structuur in het universum’. Dit zogenoemde Human Brain Project bevindt zich nu nog in de opstartfase, maar dat wil niet zeggen dat de wetenschappers stilzitten.

Henry Markram, de grote man achter het Human Brain Project, is de afgelopen jaren druk bezig geweest met het Blue Brain Project, dat als doel heeft om een specifiek deel van een rattenbrein in kaart te brengen. Een soort vingeroefening voor het echte werk, zou je kunnen zeggen.

Maar wel een oefening die zeer waardevolle kennis oplevert. In de nieuwste PNAS schrijven Markram en zijn collega’s dat ze hebben ontdekt hoe de verbindingen tussen hersencellen tot stand komen. Daardoor is het mogelijk geworden om op basis van een simulatie te voorspellen waar de verbindingen in een brein zich bevinden.

Genoom van verbindingen
Aan de ene kant bestaan je hersenen uit miljarden neuronen. Maar al die neuronen hebben ook nog eens talloze verbindingen met de neuronen om zich heen. Al die verbindingen samen worden wel het Connectome genoemd, zeg maar het genoom van al je hersenverbindingen. Op basis daarvan is het mogelijk om te verklaren hoe informatiestromen zich door het brein bewegen. Dat connectome hebben de neurowetenschappers nu in kaart gebracht voor een deel van de cortex van een rat.

Markram spreekt in het begeleidende persbericht van een ‘grote doorbraak’, omdat het zonder deze ontdekking ‘nog decennia, zo niet eeuwen zou hebben geduurd om de locatie van elke verbinding in het brein vast te stellen’. Als dat zo is, dan is het een doorbraak die Markram al een tijdje zag aankomen, want in 2009 zei hij al [link] dat het over tien jaar mogelijk zou zijn om een menselijk brein na te bouwen.

Doelgericht of toevallig?
De neuronen in je brein zitten vol uitlopers, axonen genaamd. Waar die elkaar ontmoeten, ontstaat verbindingen: de synapsen. Neurowetenschappers breken zich al jaren het hoofd over de vraag hoe die tot stand komen. Staat dit proces onder invloed van chemische signalen, zodat ieder axon naar een specifiek doel groeit? Of groeien de axonen onafhankelijk van elkaar, en ontstaat er een synaps als ze toevallig tegen elkaar aanbotsen?

Dat laatste blijkt het geval te zijn. Markram en consorten maakten een simulatie van een stukje van de cortex van een rat, waarbij ze zo’n 10.000 virtuele neuronen in een driedimensionaal model stopten, rekening houdend met de gemiddelde dichtheid van de rattencortex, en de vorm van de hersencellen die erin voorkomen. Het bleek dat de ‘toevallige botsingen’-hypothese voor 75 tot 95 procent kon verklaren hoe het werkelijke hersengebied er bij dertien tot zestien dagen oude ratten uitzag.


© PNAS
Een visualisatie van een deel van het model, waarin de gele stippen de verbindingen voorstellen.
Tegelijkertijd ontdekten ze een aantal uitzonderingen, waarbij neuronen wél werden geleid door chemische signalen. Door die ook mee te nemen in het model, konden de neurowetenschappers vrijwel perfect alle locaties van de verbindingen voorspellen.

Het model biedt ook een verklaring voor het feit dat de verbindingen in individuele breinen van soortgenoten erg op elkaar lijken, en waarom hersenen vaak goed bestand zijn tegen beschadigingen. Markram en consorten varieerden in het model zowel de dichtheid als de positie en de oriëntatie van de hersencellen, maar dat geen noemenswaardige invloed op de positie van de verbindingen. Het was wel belangrijk dat alle neuronen een net iets andere vorm hebben. Zodra er in het model te veel gelijkvormige hersencellen voorkwamen, werden de verbindingen minder robuust.


© PNAS
Een visuele representatie van de verschillende vormen die neuronen kunnen hebben, waarbij elke kleur gelijksoortige vormen voorstelt.

Het lijkt erop dat de onderzoekers hiermee een fundamenteel principe hebben ontdekt met betrekking tot de structuur van het brein. Mocht het Human Brain Project volgend jaar inderdaad worden uitverkoren voor een financiële injectie, dan zullen ze deze kennis zeker integreren in het project.

Sean Hill e.a., ‘Statistical connectivity provides a sufficient foundation for specific functional connectivity in neocortical neural microcircuits’, in PNAS, 18 september 2012.

(wetenschap24)

25-09-2012

Wetenschap maakt kleinste hologrampixels ooit



Met behulp van koolstofnanobuisjes hebben wetenschappers de kleinste hologrampixels ooit vervaardigd. Hun werk kan uiteindelijk wel eens leiden tot veel scherpere hologrammen.

“Hoe kleiner de pixel, hoe hoger de resolutie van een hologram,” vertelt onderzoeker Haider Butt. De keuze om koolstofnanobuisjes als pixels te gebruiken, is dan ook een logische. De koolstofnanobuisjes die de onderzoekers voor deze studie gebruikten, zijn zo’n 700 keer dunner dan een menselijke haar.

Over koolstofnanobuisjes Van koolstofnanobuisjes gaan we in de toekomst ongetwijfeld nog veel horen. De piepkleine structuren kunnen voor tal van doeleinden worden ingezet: van het winnen van groene energie tot de behandeling van kanker. Behalve dat de nanobuisjes klein zijn, zijn ze ook nog eens supersterk: ongeveer 100 keer sterker dan staal, terwijl ze slechts één zesde van het gewicht van staal wegen.

Silicium
De onderzoekers lieten de nanobuisjes groeien op een oppervlak van silicium. Het resultaat is een oppervlak met daarop piepkleine steeltjes (de koolstofnanobuisjes). De onderzoekers berekenden exact waar de buisjes moesten komen te staan, zodat deze wanneer er verschillende kleuren laserlicht op zouden schijnen, een afbeelding lieten zien. De onderzoekers lieten zo het woord Cambridge verschijnen.

Scherp
Vaak zijn hologrammen wat wazig. Maar de afbeelding van de onderzoekers is dankzij de kleine pixels opvallend scherp. “Wat zeker is, is dat deze resultaten de weg vrij maken voor het gebruik van nanostructuren om 3D-hologrammen met een breed gezichtsveld en een zeer hoge resolutie te vervaardigen.”


Voorbeelden van koolstofnanobuisjes. Afbeelding: Mstroeck (via Wikimedia Commons).

Voor het zover is, moeten nog wel enkele hobbels genomen worden. Zo moet er een alternatief gevonden worden voor de koolstofnanobuisjes: deze zijn vrij duur. Een andere hindernis is dat de onderzoekers met de koolstofnanobuisjes op dit moment alleen statische hologrammen kunnen weergeven. Om straks bewegende zeer scherpe hologrammen te kunnen maken, moeten andere technieken worden toegepast. Zo zouden de piepkleine pixels bijvoorbeeld gecombineerd kunnen worden met de vloeibare kristallen die in LCD-schermen zitten.

(scientias.nl)

27-09-2012

Rosalind Franklin, de miskende

Geen andere vrouwelijke wetenschapper heeft te maken gehad met zoveel controverse in haar leven en werk als Rosalind Franklin. Ze had te kampen met seksisme en onderwaardering. Desondanks leverde ze een cruciale bijdrage aan de ontdekking van de structuur van DNA. Dit ‘fictieve interview’ geeft een kijkje in het leven van de perfectionistische Britse biochemicus.


Rosalind Elsie Franklin (1920-1958) deed vernieuwend DNA-onderzoek. Afbeelding: © Wikimedia Commons

Lees je over de ontdekking van de structuur van DNA dan stuit je meteen op deze twee namen: James Watson en Francis Crick. Zij bouwden een model van de dubbele helix en loste daarmee het raadsel van de structuur, en daarmee de erfelijkheid, van het DNA op. Maar wat niet iedereen weet is dat zij nooit zo snel tot hun ontdekking waren gekomen zonder de kwalitatief hoge röntgenfoto’s van DNA gemaakt door Rosalind Elsie Franklin (1920-1958). Of Franklin zelf de impact van haar foto’s begreep, en of zij op eigen houtje de structuur van het DNA eruit had kunnen afleiden is tot op heden de vraag.

Maar door haar vernieuwende DNA-onderzoek en haar cruciale bijdrage aan de ontdekking van de structuur – een periode die slechts twee jaar van haar leven besloeg – verdient ze een plaats in het rijtje ‘briljante biologen’.

Franklin: een korte bio
1920: Wordt geboren op 25 juli in Londen. Vader Ellis Franklin en moeder Muriel Frances Waley.
1932: Gaat naar Sint Pauls Girl’s school waar ze natuurkunde en scheikunde leert.
1938: Toegelaten tot het Newham College van de Universiteit van Cambridge.
1941: Afgestudeerd in de natuurwetenschappen met als specialisatie fysische chemie.
1942-1946: Doet onderzoek naar steenkool bij de British Coal Utilisation Research Association.
1945: Ontvangt hiervoor haar doctoraat in fysische chemie van de Universiteit van Cambridge.
1947-1950: Studie aan het Parijse Laboratoire Central des Services Chimiques de l’Etat.
1948: Gaat als onderzoeker werken aan moleculaire röntgendiffractie bij King’s College London.
1956: Krijgt de diagnose eierstokkanker en wordt ziek.
1958: Overlijdt 16 april op 37-jarige leeftijd aan de gevolgen van eierstokkanker.

Mevrouw Franklin, wat een eer u te mogen spreken. We zullen het straks gaan hebben over uw werk, maar vertelt u eerst eens iets over uw jeugd.
Met plezier, ik beschouw mijn thuissituatie als ideaal. Mijn ouders waren nog geen vijfentwintig toen ik geboren werd, maar ze hadden een succesvol en gelukkig huwelijk. Mijn vader en moeder behoorden beiden tot hoogopgeleide en sociaal betrokken Joodse families. Ons gezin, ik heb nog een zus, was erg close en we voerden veel levendige debatten over uiteenlopende onderwerpen. Ik deinsde er niet voor terug om de discussie aan te gaan met mijn conservatieve vader.

Wat vond u vader van uw interesse voor natuurwetenschappen?
Tsja…In mijn vaders familie, de Franklins, zaten een aantal krachtige invloedrijke vrouwen die hun sporen hadden verdiend met sociaal werk. Zij zetten zich in voor de minder bedeelden in de gemeenschap. En mijn vader verwachtte van mijn zus en mij dat we deze familietraditie zouden volgen. Dat we onze opleiding en talenten zouden gebruiken om ons nuttig te maken voor de gemeenschap in plaats van een carrière op te bouwen. Dat botste dus weleens, zeker nadat ik op de Sint Paul’s Girls School in Londen gefascineerd raakte door natuur- en scheikunde. Ik brak met de traditie en ben natuurwetenschappen gaan studeren aan de Universiteit van Cambridge.

U studeerde af tijdens de Tweede Wereldoorlog. Was er toen wel werk?
Ik had het geluk dat ik in 1942 aan de slag kon als onderzoeksassistent bij de British Coal Utilization Research Association, voor onderzoek naar steenkool. Brandstof was een belangrijk onderzoeksgebied tijdens de oorlog. Eigenlijk was het geen slechte plek voor een jonge scheikundige om te beginnen. Ik keek naar de microstructuren van steenkool en op dit onderzoek promoveerde ik in 1945. Na de oorlog was ik een jonge wetenschapper met een goede reputatie, klaar voor een carrière die niet langer ter discussie stond. Mijn vader legde zich erbij neer, ziet u. Een hele opluchting, want ik wilde zijn goedkeuring zo graag.

Na het behalen van uw doctoraat bent u naar Parijs vertrokken, is het niet?
Parijs! Jazeker, daar beleefde ik de mooiste tijd van mijn leven. Via een Franse vriend belandde ik in het Laboratoire Central des Services Chimiques de l’Etat waar ik van mijn tutor Jacques Méring, die een goede vriend werd, technieken in röntgendiffractie leerde. Een tak van de wetenschap die totaal nieuw voor me was. Ik had het zo naar mijn zin daar, ik werd gerespecteerd en maakte een aantal goede vrienden met wie ik in de weekenden ging wandelen. Mijn Frans ging in die jaren van goed naar excellent. En mijn collega’s zeiden tegen de tijd dat ik Frankrijk verliet dat ik het beste Frans had dat ze ooit uit een buitenlandse mond hadden gehoord. Eenmaal terug in Engeland heb ik vaak terug verlangd naar deze periode.


Het principe van röntgendiffractie. Afbeelding: © Nobelprize.org, Kennislink

Röntgendiffractie
Röntgendiffractie is een techniek om de kristalstructuur van vaste stoffen vast te stellen. In deze techniek worden moleculen blootgesteld aan röntgenstralen om zo een diffractiepatroon – de verstrooiing van de röntgenstralen zodra ze op de stof stuiten – te produceren. Hiermee is het mogelijk om de positie van de atomen in de moleculen te reconstrueren. In de vroege jaren ’50 begonnen wetenschappers deze techniek toe te passen op biologische moleculen zoals DNA en eiwitten.

Waarom ging u terug naar Engeland?
De technieken in röntgendiffractie die ik geleerd had in Parijs breidden zich destijds snel uit van anorganische stoffen als metalen en mineralen naar de biologie. Ik vond het een uitdaging om röntgendiffractie toe te gaan passen op biologische substanties en die mogelijkheid was er op het King’s College in Londen, die voorop liep op dit onderzoeksgebied. Zo kwam ik terecht op de afdeling van de natuurkundige John Randall waar ik de leiding kreeg over een onderzoeksgroep die werkte aan DNA.

Ik hoor twijfel in uw stem. Beviel het niet?
Nou ja, ik paste er eigenlijk niet echt tussen, daar in King’s College. Ik had veel persoonlijke conflicten met andere onderzoekers, vooral met Maurice Wilkins, de leider van een andere onderzoeksgroep die ook bezig was met DNA. Sommigen konden gewoon niet goed overweg met mij en mijn Franse gewoonten. Ze vonden me onplezierig. En die problemen werden verergerd doordat ik een vrouw was.

Hoe was het klimaat voor vrouwen destijds eigenlijk op de universiteit?
Ik had regelmatig te maken met seksisme van mijn mannelijke collega’s. Ik zal een voorbeeld geven. Toen Randall mij de verantwoordelijkheid gaf over het DNA-project had niemand daar in maanden aan gewerkt. Wilkins was toen ik werd aangenomen bij King’s College op vakantie, en eenmaal terug begreep hij mijn rol niet. Communicatie was er niet bij. Hij gedroeg zich alsof ik een technisch assistent was, terwijl we elkaars gelijke waren als onderzoeksleiders. Maar zijn fout was niet verrassend gezien de manier waarop met vrouwen werd omgegaan op de universiteit. De gemeenschappelijke lunchruimte op King’s College was bijvoorbeeld alleen bestemd voor mannen. En na het werk gingen veel van mijn collega’s naar pubs, ook alleen bestemd voor mannen. Dat maakte het voor mij moeilijk met collega’s over wetenschap te converseren.


De structuur van een DNA-molecuul. In het bruin de ruggengraat van fosfaat en suiker. Binnenin de vier stikstofbasen, elk in een andere kleur, die gepaard zijn.

Toch heeft u aardig wat voor elkaar gebokst op King’s College. Wat was er eigenlijk bekend over DNA voordat u uw onderzoek met röntgendiffractie begon?
In 1952 wist men al dat DNA het genetisch materiaal van cellen was, en dat het de enige substantie kon zijn die alle informatie op kan slaan die nodig is om een levend wezen te maken. Ook wisten we waar een DNA-molecuul uit bestaat: uit fosfaat, suikergroepen en stikstofbasen te weten arginine, cytosine, guanine en thymine. Maar onbekend was hoe een DNA-molecuul eruit zag en hoe alle componenten in elkaar schoven. Zouden we achter de structuur komen, dan zouden we weten hoe het DNA zijn erfelijke functie vervuld.

U bent een heel eind gekomen!
Ik was goed op weg. Via mijn röntgenfoto’s ontdekte ik dat de ruggengraat van het DNA, dat uit suiker en fosfaat bestaat, aan de buitenkant van het molecuul ligt, en niet aan de binnenkant zoals men toen dacht. Daarnaast zag ik dat de helix van het molecuul uit twee strengen bestaat, en niet uit drie zoals andere theorieën voorspelden. Maar er miste een stukje in de puzzel. Ik kwam er maar niet achter hoe de stikstofbasen binnenin de helix gepaard gaan. En daarin schuilt het geheim van de erfelijkheid.


Franklin’s beroemde röntgenfoto waaruit de dubbele helix-structuur is af te leiden. Afbeelding: © Rosalind Franklin

Deelde u uw resultaten met collega’s die ook aan de structuur van DNA werkten?
Ik liet mijn resultaten niet aan Jan en alleman zien, nee. Wilkins ergerde zich daaraan. Maar u kan het me niet kwalijk nemen dat ik niet zo toeschietelijk was. Als vrouwelijke academicus werd ik behandeld met zoveel laagdunkendheid. Bovendien koos Wilkins openlijk de kant van James Watson en Francis Crick, twee wetenschappers van de Universiteit van Cambrigde die ook aan de structuur van DNA werkten. Zij waren nota bene van een rivaliserend instituut.

Toch zijn het Watson en Crick geweest die het geheim van de erfelijkheid hebben opgelost door een model van de dubbele helix te bouwen. Ze publiceerden hun ontdekking in het tijdschrift Nature. Ik schreef een begeleidend artikel over de DNA-structuur, waarin ik hun conclusies ondersteunde. Bitter ben ik nooit geweest over hun prestatie, zij waren me gewoon voor. Na twee jaar DNA-onderzoek aan King’s College ben ik vervolgens gaan werken aan het Birkbeck College in Londen aan een ander onderwerp: het ophelderen van de structuur van het tabaksmozaïekvirus.

U heeft dit nooit geweten, maar Watson en Crick kwamen tot hun oplossing doordat Wilkins in januari 1953 een foto van DNA aan Watson heeft laten zien. Zonder uw medeweten of toestemming.
Had Watson toegang tot mijn resultaten?
Wel verdraaid! Dat heb ik inderdaad nooit geweten! Ik begrijp niet dat Wilkins die foto aan onderzoekers van een concurrerende universiteit heeft laten zien. En Watson en Crick hebben me nooit verteld dat ze mijn resultaten in handen hadden. Niet te geloven, wat ben ik boos! Ik had erkenning moeten krijgen voor de ontdekking en tenminste co-auteur van het artikel moeten worden.


James Watson (2e van rechts), Francis Crick (3e van links) en Maurice Wilkins (helemaal links) kregen de Nobelprijs voor de geneeskunde voor het ontdekken van de dubbele helix van DNA in 1962, vier jaar na de dood van Franklin. Afbeelding: © Cold Spring Harbor Laboratory Archives

Mocht het helpen, Watson en Crick hebben na uw dood toegegeven dat ze zonder uw werk nooit al in 1953 de dubbele helix zouden hebben ontdekt.
Pppff, dat is tenminste iets. Maar ik had gewild dat ze dat tegen me hadden gezegd toen ik nog leefde. Ik vind het vreemd, wij drieën hadden in de laatste jaren van mijn leven een tamelijk goede vriendschap. Vanaf 1954 tot aan mijn dood correspondeerden we met elkaar over ons werk. James bood me nog een keer een lift aan door de VS toen we dezelfde kant op moesten. En in de zomer van 1956 reisde ik door Spanje met Francis en zijn vrouw en verbleef ik een tijdje bij hen in Cambridge om te herstellen van mijn behandeling tegen eierstokkanker. Mijn ziekte heb ik waarschijnlijk opgelopen doordat ik geen loodschort droeg tijdens het werken met röntgenstraling. Ironisch is het niet? Mijn expertise in röntgendiffractie heeft me blijkbaar bekend gemaakt, maar is ook mijn ondergang geworden.

Bronnen:
Anne Sayre. Rosalind Franklin and DNA. W. W. Norton & Company Inc. New York. (1975).
Anne Piper. Light on a dark lady. Trends in Biochemical Sciences. (1998)
Lynne Osman Elkin. Rosalind Franklin and the Double Helix. Physics Today. (2003)

(Kennislink)

23-10-2012

DNA-gel imiteert cel
Motoreiwitten laten DNA-structuur samentrekken

Een speciale DNA-gel reageert hetzelfde op mechanische spanning als cellen in het menselijk lichaam. Onderzoekers van de UC Santa Barbara publiceerden dat in PNAS.


In de gel zitten nanobuisjes, DNA-strengen en motoreiwitten.

Zo’n gel-druppeltje heeft ongeveer het volume van een menselijke cel en bevat onbuigbare uit DNA opgebouwde nanobuisjes, die bij elkaar worden gehouden door langere flexibele DNA-strengen. Als je daar een speciaal motoreiwit (FtsK50C) en adenosinetrifosfaat (ATP) aan toevoegt, trekt de gel samen. Hierdoor veranderen de vorm en elasticiteit van de gel.

Dit mechanisme vindt op een soortgelijke manier plaats in menselijke cellen met een cytoskelet en het motoreiwit myosine. Het eiwit gebruikt daar ATP om zich over een lange eiwitketen van het cytoskelet te bewegen. Op deze manier zetten ze door ATP-hydrolyse chemische energie om in mechanische energie.

De onderzoekers gebruikten DNA voor hun gel, omdat je door de sequentie aan te passen de vervormbaarheid van de gel en de stevigheid van de nanobuisjes eenvoudig kunt aanpassen. Daarnaast hadden ze een motoreiwit tot hun beschikking dat om kan gaan met DNA.

De onderzoekers zeggen dat deze resultaten meer inzicht kunnen geven in hoe het cytoskelet werkt. Het geeft in ieder geval aan dat genen de werking niet sturen.

De gel moet bruikbaar zijn voor verschillende toepassingen, waaronder kunstmatige spieren, DNA-nanotechnologie en smart materials, materialen die je gecontroleerd kunt veranderen met externe impulsen als spanning of temperatuur. De onderzoekers willen de techniek wel eerst nog verbeteren, zodat de gel ook andere bewegingen kan maken en meerdere motoreiwitten bruikbaar zijn.

Bron: PNAS

(c2w.nl)

25-10-2012

Embryo gemaakt met materiaal van twee vrouwen en één man



Wetenschappers hebben een manier gevonden om erfelijke ziekten te voorkomen. Ze ontwikkelden daarvoor een nieuwe gentherapie waarbij ze ‘ziek’ materiaal in de eicel van de moeder vervingen door gezond materiaal van een vrouwelijke donor.

Onderzoekers van de Oregon Health & Science University verzamelden 106 menselijke eicellen. Vervolgens gebruikten ze een techniek die in het verleden al wel eens bij niet-menselijke primaten is toegepast, maar nog nooit met menselijk materiaal is uitgeprobeerd. Ze verwijderden de kern uit één eicel, haalden er een tweede eicel bij en verwijderden ook hier de kern. Vervolgens plaatsten ze de kern uit eicel A in eicel B. Vervolgens werden de cellen met sperma bevrucht om te achterhalen of ze zich konden ontwikkelen tot gezonde embryo’s. Dat bleek mogelijk.


Zo werkt het. Afbeelding: Mitalipov Lab / OHSU.

Mitochondriën
In de praktijk kan deze aanpak gebruikt worden om bepaalde genetische ziekten te voorkomen. Het gaat dan om ziekten die samenhangen met genetische afwijkingen in de mitochondriën van cellen. “Celmitochondriën bevatten genetisch materiaal net zoals de celkern dat doet,” vertelt onderzoeker Shoukrat Mitalipov. “En die genen worden van moeder op kind doorgegeven. Wanneer bepaalde mutaties in mitochondriaal DNA aanwezig zijn, kan een kind met ernstige afwijkingen ter wereld komen.” Denk aan: diabetes, doofheid, hartziekten en diverse neurologische aandoeningen. “Omdat genetische ziekten in de mitochondriën vaak van de ene generatie op de andere worden overgedragen, is de kans op deze ziekten vaak heel duidelijk. Het doel van dit onderzoek is het ontwikkelen van een therapie om te voorkomen dat deze genmutaties worden doorgegeven.”

Gelukt
En de experimenten wijzen erop dat dat is gelukt, zo schrijven de onderzoekers in het blad Nature. “Met behulp van dit proces hebben we aangetoond dat gemuteerd DNA van de mitochondrieën vervangen kan worden door gezonde kopieën in menselijke cellen.”

Invriezen
Ook niet onbelangrijk: de onderzoekers tonen direct aan dat de aanpak ook werkt wanneer gebruikt wordt gemaakt van eicellen die ingevroren hebben gezeten. Hiervoor maakten ze gebruik van eicellen van apen. Een eicel werd ingevroren en vervolgens werd de kern in deze eicel vervangen. Die eicel werd bevrucht en dat resulteerde in de geboorte van een gezonde aap. Dit is heel belangrijk, omdat eicellen een korte levensduur hebben: zodra een donor een eicel aflevert, kan deze (wanneer deze niet wordt ingevroren) maar heel korte tijd in leven blijven. Door eicellen in te vriezen, kan de levensduur aanzienlijk worden verlengd en dat geeft onderzoekers de tijd om de procedure (waarbij de kern uit één eicel moet worden verwijderd en vervolgens in een andere eicel moet worden geplaatst) toe te passen.

Met het experiment is een belangrijke stap gezet als het gaat om de bestrijding van mitochondriale genetische aandoeningen. Wanneer de aanpak daadwerkelijk in klinieken zal gaan worden gebruikt, is nog onduidelijk. In de VS moet deze bijvoorbeeld nog worden goedgekeurd, terwijl in Engeland al serieus wordt overwogen de therapie te gaan toepassen.

(scientias.nl)

01-11-2012

Wetenschappers bouwen snelste computer aller tijden



Computerwetenschappers in Amerika hebben hun eigen record verbroken door de snelste computer ter wereld te maken. De Titan kan maar liefst 20.000 biljoen (!) berekeningen per seconde uitvoeren.

Titan is gemaakt in het Oak Ridge National Laboratory (ORNL). De supercomputer is de allersnelste ter wereld, en maar liefst tien keer sneller dan zijn voorganger, Jaguar – die eveneens door ORNL werd gemaakt. Het rekenwonder is behoorlijk sterk.

20 petaflops
Zo kan Titan 20 petaflops per seconde berekenen. Dat zijn 20.000 biljoen berekeningen. Om die data vast te kunnen houden, heeft de computer niet minder dan 700 terabyte (700.000 gigabyte) aan intern geheugen. De computer heeft bijna 300.000 chips die op 18.000 punten met elkaar verbonden zijn.

Relatief Hoeveel is 20 petaflops nu eigenlijk? Dat is ongeveer hetzelfde als wanneer alle 7 miljard mensen op aarde tegelijk 3 miljoen berekeningen per seconde doen!Energiezuiniger
“Bij het bouwen van computers is de trend heel lang geweest dat je ze zo klein mogelijk probeerde te bouwen. Maar na een tijdje is dat niet meer relevant,” vertelt Jack Nichols, van het Titan-team aan Scientias.nl. De trend gaat nu vooral over energiebezuiniging. “Je wilt je computer zo zuinig mogelijk maken. Niet alleen omdat dat dat goed is voor ons milieu, maar ook omdat je zo gaat denken aan manieren om de computer nog efficiënter te maken.” Als voorbeeld noemt hij dat het Titan-team de Graphical Processing Unit (GPU) en de Central Processing Unit (CPU) bij elkaar heeft gevoegd. Daardoor kan de computer diverse krachten bundelen, en dat maakt hem veel effectiever en sneller.

Concurrentie
Titan zit nog in de testfase, maar kan al wel worden gerekend tot de snelste computers ter wereld. Het ORNL heeft ook al de Jaguar gebouwd, de vorige snelle supercomputer, maar er doemt al weer nieuw gevaar op: chipfabrikant Intel heeft al bekend gemaakt ook bezig te zijn aan een nog krachtigere processor.

Groeien
Nichols denkt dat het in de toekomst van de computertechnologie steeds verder zal gaan met snelheid en kracht. “Computerkracht groeit exponentieel, computers worden alleen maar sterker. Er zit geen grens aan hoe sterk computers kunnen worden.” Hij verwacht dan ook dat de volgende stap niet lang op zich laat wachten, maar dat het dan waarschijnlijk niet zal gaan om een nog krachtigere computer. “Je moet je afvragen wat de wetenschappelijke waarde daarvan nog is. De volgende stap in de computerwetenschap zal zijn om computers nu juist zelfstandiger te laten denken, dus dat ze slimmer worden.”

Titan werd gemaakt door het ORNL in opdracht van het Amerikaanse Ministerie van Energie. "Zij gaan de computer voorlopig gebruiken om straks simulaties uit te voeren. Die kunnen dan veel realistischer en uitgebreider worden," vertelt Nichols. "Het zal daarbij vooral gaan om vraagstukken over alternatieve of efficiëntere energie, of over het gebruik van nieuwe materialen."

(scientias.nl)