TOP objave je rubrika, v kateri na poljuden način povzemamo aktualne in odmevne dosežke slovenskih raziskovalk in raziskovalcev iz najrazličnejših znanstvenih področij. Pripravljamo jo v sodelovanju s Fakulteto za informacijske študije v Novem mestu, v oktobrski izdaji pa več o:
(1) direktnem opazovanju zlitja dveh nevtronskih zvezd,
(2) proteinskem origamiju – novi generaciji umetnih bionanostruktur,
(3) sklopitvi med topološkimi defekti v različnih poljih,
(4) gojenju in presaditvi roženičnih matičnih celic v Sloveniji,
(5) optimalnosti gibanja zgornjih okončin in
(6) interesih, povezavah in argumentih v EU politiki.
1. ASTROFIZIKA – DIREKTNO OPAZOVANJE ZLITJA DVEH NEVTRONSKIH ZVEZD
S pomočjo najnovejših detektorjev lahko sploh prvič v zgodovini merimo gravitacijske valove, ki nastanejo ob zlitju bizarnih vesoljskih objektov, kot so črne luknje. Že sloviti LIGO je tako nekajkrat zaznal zlitje črnih lukenj. 17. avgusta 2017 so isti detektorji prvič zaznali signal, ki je nastal ob zlitju dveh nevtronskih zvezd. S pomočjo drugih meritev so odkrili tudi t.i. elektromagnetni dvojnik oz. svetlobo, ki je nastala ob zlitju, ter točen kraj zlitja, kar sicer ni možno v primeru črnih lukenj.
Ta zgodovinski dogodek potrjuje teorijo nastanka kratkih izbruhov sevanja gama in obenem zaznamuje rojstvo t.i. večglasniške astronomije (objava v The Astrophysical Journal Letters).
Pri opazovanjih tega izjemnega dogodka so sodelovali tudi sodelavci Univerze v Novi Gorici in Instituta Jožef Stefan (Andrej Filipčič, Gašper Kukec Mezek, Ahmed Saleh, Samo Stanič, Marta Trini, Sergei Vorobiov, Lili Yang, Danilo Zavrtanik, Marko Zavrtanik in Gabrijela Zaharijaš). Dogodek sta proučevala tudi Andreja Gomboc (Univerza v Novi Gorici) in Drejc Kopač (Kemijski inštitut in Univerza v Ljubljani), ki sta sodelovala pri merjenju polarizacije nastale svetlobe z Zelo velikim teleskopom Evropskega južnega observatorija v Čilu.
Rezultati potrjujejo nastanek kilonove in so bili objavljeni v prestižni mednarodni reviji Nature Astronomy.
2. BIOTEHNOLOGIJA – PROTEINSKI ORIGAMI, NOVA GENERACIJA BIONANOSTRUKTUR
Proteini – ki v celicah opravljajo večino nalog, potrebnih za življenje – predstavljajo najbolj kompleksne naravne nanostrukture.
Ajasja Ljubetič, Fabio Lapenta, Helena Gradišar, Igor Drobnak, Jana Aupič, Žiga Strmšek, Duško Lainšček, Iva Hafner-Bratkovič, Andreja Majerle, Nuša Krivec in Mojca Benčina, raziskovalci Odseka za sintezno biologijo in imunologijo na Kemijskem inštitutu v Ljubljani, so pod vodstvom Romana Jerala razvili nov tip materialov – proteinski origami, ki se lahko sintetizira v celicah ter sam od sebe sestavi v nanometrske kletke. Izumili so splošno metodo za načrtovanje kletk poljubnih geometrskih oblik in naredili tetraeder, kvadratno piramido in trikotno prizmo. Trikotna prizma je med drugim največji umetni protein iz ene verige, ki vsebuje več kot 700 aminokislin.
Dokazali so, da se kletke pravilno zvijejo v človeških celicah in celo živih miškah, kjer ne povzročajo vnetja ali drugih neželenih odzivov.
Tovrstne proteinske kletke imajo velik potencial za uporabo za dostavo zdravil, tvorbo sodobnih cepiv, katalizo kemijskih reakcij, snovanje funkcionalnih materialov in konstruiranje senzorjev. Rezultate so omenjeni raziskovalci objavili v ugledni mednarodni reviji Nature Biotechnology.
SLIKA: Metoda načrtovanja novih struktur. Znanstveniki izberejo poljubno začetno obliko (v tem primeru kvadratno piramid) in poiščejo pot, ki vsako stranico prečka natanko 2x. Tako dobijo vrstni red, v katerem morajo nanizati dele obvitih vijačnic.
3. FIZIKA MEHKE SNOVI – SKLOPITEV MED TOPOLOŠKIMI DEFEKTI V RAZLIČNIH POLJIH
Topološki defekti – posebne točkaste ali črtaste napake v sistemu – imajo osrednjo vlogo v množici naravnih pojavov, od samega vesolja pa do kolonij mikrobov. Njihovo teoretično preučevanje sodi v topologijo kot matematično disciplino, pojavijo pa se v raznih domenah, na primer v fiziki tekočih kristalov. Kljub napredku same topologije, je danes precej malo znanega o interakcijah med topološkimi defekti v različnih materialnih poljih znotraj istega sistema.
Žiga Kos in Miha Ravnik s Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani in Instituta Jožef Stefan so v sodelovanju s kolegi iz Nizozemske in Švice oz. Nemčije s kombinacijo eksperimentov, numeričnih simulacij ter matematične analize pokazali, kako v stikih mikro-kanalov medsebojno interagirajo topološki defekti v hitrostnem polju ter topološki defekti v orientacijskem polju nematika, kar je prispevek v smeri obravnave sklopljene topologije več polj. Pokazali so obstoj medsebojnega sklapljanja na nivoju obstoja efektivne sile in na topološkem nivoju kot povezave med topološkimi invariantami defektov obeh polj.
Rezultati so objavljeni v reviji Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA.
SLIKA: Ilustracija topoloških defektov in njihove interakcije.
4. MEDICINSKE ZNANOSTI – GOJENJE IN PRESADITEV ROŽENIČNIH MATIČNIH CELIC V SLOVENIJI
Za normalno vidno funkcijo je ključnega pomena regeneracija roženice, prosojnega sprednjega dela očesa. Regeneracijska sposobnost je odvisna od matičnih celic. Če pride do obsežne okvare roženičnih epitelijskih matičnih celic, dobimo širok spekter bolezni očesne površine, ki lahko vodijo v slepoto. Vzročno zdravljenje predstavlja presaditev matičnih celic, ki jih lahko v primeru enostranske okvare presadimo z zdravega očesa (vir). V primeru obojestranske okvare pa je potrebna presaditev gojenih roženičnih matičnih celic na različnih podlagah (vir).
Zala Lužnik, Marko Hawlina, Elvira Maličev, Tina Cirman, Andreja Nataša Kopitar, Alojz Ihan in Petra Schollmayer z Medicinske fakultete Univerze v Ljubljani so v sodelovanju s kolegi iz Italije pripravili pregled tehnik za gojenje roženičnih matičnih celic s posebnim poudarkom na uporabo tehnik in njihovo učinkovitost v Sloveniji.
Svoje rezultate so objavili v mednarodni reviji Journal of Ophthalmology.
SLIKA: Primer 64-letne gospe po poškodbi desnega očesa z apnom. Posledica je bila popolna izguba limbalnih zarodnih celic in roženična slepota. Leva zgornja slika je narejena 14 dni po transplantaciji, desna zgornja slika pa tri leta in pol po transplantaciji matičnih celic, ki ji je sledila uspešna transplantacija in ostrino vida 60 % (iz 1). Spodaj primer gojenja roženičnih epitelnih celic na amnijski membrani (B) z eksplantno tehniko gojenja in prikaz gojenih celic pod mikroskopom (C) (iz 2).
5. RAČUNALNIŠTVO/NEVROZNANOST – OPTIMALNOST GIBANJA ZGORNJIH OKONČIN
Prosto premikanje rok in nog je za človeka poglavitnega pomena. Hkrati pa je analiza in razvoj modelov, ki bi natančno opisali principe vodenja človeških gibov, zahtevna naloga.
Človeški živčni sistem mora namreč nenehno krmiliti več kot 600 mišic in pri tem poskrbeti za vse nelinearnosti, časovne zakasnitve, šum in negotovosti.
Na drugi strani se na tehnološkem področju robotika srečuje s podobnimi problemi in ima pri izvajanju gibov v kontaktu z okolico precej manj uspeha, kot ga imajo ljudje. Boljše razumevanje vlog, ki jih živčni in mišično-skeletni sistemi igrajo pri ustvarjanju gibanja, bo verjetno vodilo do izrazitega napredka na področju rehabilitacije in razvoju novih principov vodenja robotskih mehanizmov.
Tadej Petrič in Aleš Ude z Instituta Jožef Stefan sta v sodelovanju s kolegoma iz Švice in Združenih držav Amerike objavila članek, v katerem so pokazali, da so tudi periodična gibanja zgornjih okončin pri ljudeh izvedena na optimalen način. Hkrati pa so ugotovili, da teh gibov ni mogoče posplošiti z znanim Fittovim zakonom.
Svoje rezultate sta objavila v reviji Frontiers in Computational Neuroscience.
SLIKA: Razmerje med časom udarca in maksimalno višino pri periodični nalogi zabijanja žeblja z različno težkimi in velikimi kladivi. Sive krivulje prikazujejo ujemanje Fittovega zakona, kjer vidimo nasprotno ukrivljenost teh. Barvne krivulje prikazujejo nov model in boljše ujemanje z izmerjenimi podatki.
6. POLITOLOGIJA – INTERESI, POVEZAVE IN ARGUMENTI V EU POLITIKI
Politični sistem Evropske unije je zelo kompleksen. Kanali možnega vplivanja interesnih skupin na oblikovanje politik EU potekajo tako prek nacionalnih vlad kot tudi neposredno na raven EU. Zakaj oziroma kako se interesne skupine odločajo, kje in kako bodo poskušale vplivati na politično odločanje? V preteklosti so raziskovalci iskali odgovore na ta vprašanja predvsem v značilnostih političnih ustanov, v značilnosti posameznih tem javnih politik in v organizacijskih značilnostih interesnih skupin.
Danica Fink-Hafner, Mitja Hafner-Fink in Meta Novak s Fakultete za družbene vede Univerze v Ljubljani so v sodelovanju s kolegi iz Nemčije in Velike Britanije analizali skoraj 2900 nacionalnih interesnih skupin iz petih držav (Nemčije, Nizozemske, Slovenije, Švedske in Velike Britanije).
Analiza je pokazala, da je sodelovanje interesnih skupin v posvetovanjih o evropskih politikah odvisno od povezav in argumentov v razpravah o javnih politikah.
Nacionalne interesne skupine težijo k naslavljanju političnih ustanov, za katere menijo, da dejansko odločajo. Do neke mere se kaže težnja, da se obračajo bolj k tistim, ki razmišljajo podobno. Interesne skupine, ki si želijo ohraniti stanje in nasprotujejo predlogom Evropske komisije, se angažirajo še bolj kot tiste, ki podpirajo predloge komisije.
Raziskovalci so svoje rezultate objavili v mednarodni reviji West European Politics.
Rubriko TOP objave pripravlja in ureja dr. Zoran Levnajić s Fakultete za informacijske študije v Novem mestu.
Enkrat mesečno skuša širši javnosti približati vrhunske dosežke slovenskih raziskovalcev in raziskovalk, ki so po njegovem mnenju pogosto spregledani. #TOPobjave