Tag Archives: химия

Анализ преподавания химии в медвузах Франции

Перевод с фр.:  Данилика Глухманюк ©

В этой работе, которая опирается на анализ системы высшего образования (речь идет о первом годе первого цикла учебы в медицинских вузах во всех французских университетах), мы постарались показать то, каким образом «пользователи» (практикующие медики, студенты-медики), а также «эксперты» (преподающие будущим медикам) видят свою необходимость в таком предмете, как химия. Эта часть работы заключалась в том, чтобы обработать и проанализировать результаты национального опроса, который был в основном построен в форме выяснения мнений.

Существующая в медицинской среде необходимость в химии выглядит вопросом, который нельзя обойти вниманием, весьма важным в первом цикле обучения. В идеале, в процессе обучения будущих медиков их интересы должны эволюционировать в сторону «гуманистической» и «современной» культуры, также отметим, что слишком часто современное содержание и методы образования недостаточно базируются на биомедицинских дисциплинах

Сборник этих работ может стать основой для разработки или изменения того или иного медицинского курса.

Данная работа опирается на предыдущие исследования системы высшего образования и речь идет о первом годе первого цикла учебы в медицинских вузах во всех французских университетах.

Сборник этих работ поможет нам подумать о разработке или изменении того или иного медицинского курса. Будучи университетскими химиками с 8-летним опытом преподавания химии в Парижском университете, мы поставили себе цель определить, каким образом практикующие медики и студенты-медики видят свою необходимость в химии (а также фундаментальных дисциплинах), иными словами выяснить мнения пользователей. Одновременно нам было интересно выяснить мнения «экспертов»: химиков и врачей-биохимиков, преподавателей первого цикла.

Это исследование было проведено в форме опроса, адресованного медикам (биохимикам-преподавателям первого медицинского цикла), студентам-медикам и химикам–преподавателям первого цикла. Это привело нас к разработке 3 версий этой анкеты притом, что основная часть оставалась общей для всех. Эти опросники были индивидуальными и полностью анонимными

В работе такого типа методология является фундаментальной. Необходимым было сотрудничать со специалистами в области статистики, чтобы определить стандартные подходы в социологии, психологии, педагогике для того, чтобы разработать анкеты, а также сотрудничать со специалистами в области информатики, чтобы правильно обработать данные. Весьма полезными техниками оказались анализ полученной корреспонденции и автоматическая классификация.

Эта анкета была предложена нескольким сотням медиков (580), студентам-медикам (260) и почти всем химикам высшей категории, преподающим в Парижском университете. Общий уровень ответов достиг 30% .

Медики Парижского университета, среди которых и биохимики, отвечают больше, чем медики, не работающие в университете (соотношение составляет 36% к 16%). Что касается студентов, то студенты медики первого цикла показали себя весьма мотивированными (73% ответивших), среди химиков эта цифра составляет 60%.

В этой части мы ограничиваемся представлением содержания опросников. Затем, анализируя основные полученные результаты, мы постараемся показать, каким образом их можно будет использовать. Мы надеемся выработать предложения по улучшению качества курса химии для будущих медиков, а также хотели бы разработать и улучшить эффективные средства обучения, которые соответствовали бы нуждам представителей медицинской среды.

Перевод с фр.: Данилика Глухманюк ©
Редакция и дизайн: Майстерний Хімік

The Chemistry of the Euro 2016 Football

This year’s European Championships are now well under way in France, and there’s already been some great football on show. It might surprise you to learn that some chemistry has also been taking centre-stage! The Euro 2016 ball is a triumph of materials science, and in this post we take a look at some of the chemicals that make it up.

Click to enlarge picture

A number of chemical materials are used in the manufacture of the Euro 2016 football. The majority of these materials are polymers; these are very long molecules built up from many smaller component molecules. A simple, everyday example is polyethene, used to make some plastic bags. Different classes of polymers are used to achieve particular properties for the ball.

Footballs consist of three main component parts: the covering (the outermost layer), the lining, and the bladder. Of course, these will be designed in a manner that provides the most favourable aerodynamic properties for the ball – however, that’s veering dangerously into physics territory. None of these properties would be achievable without chemistry providing the materials required, so here’s a breakdown of the different types of polymers used in each component part of the ball.

Covering

The covering of the ball is made of six polyurethane panels, which are thermally bonded together. This covering is important to protect the ball, and to prevent it from absorbing too much water – the water absorption of the ball has been improved from the World Cup ball of two years ago, which had a water absorption of just 0.2%. This makes the ball much lighter than the leather-coated balls used in the past. Some balls may also have a polyurethane foam layer underneath the covering.

Polyurethanes are built up from compounds called isocyantes and polyols. The middle parts of these molecules can be varied to give different polyurethanes with differing properties. Polyurethanes have a wide range of applications, including foam in seating, adhesives, synthetic fibres and even skateboard wheels.

Cheaper footballs may use PVC (polyvinyl chloride) instead of polyurethane for the coating. They may also be stitched together, rather than thermally bonded. This stitching will be made from another class of polymers called polyesters; on higher end balls this stitching may be reinforced with Kevlar.

Lining

Underneath the covering layer, the ball will have several layers of lining. These are present to improve the bounce and strength of the ball. In the Euro 2016 ball, these are made from another class of polymers, polyamides, more commonly referred to as nylon. Polyesters can also be utilised for this purpose. 

Nylon and polyesters are also commonly used components in the manufacture of football shirts, as well as other clothing. Nylon is additionally used in parachutes, ropes and fishing nets, whilst polyesters can be found in bed sheets, carpets and plastic bottles. 

Bladder

The bladder is the part of the football that holds the air. In the Euro 2016 ball, this is made from butyl rubber, but it can also be made from latex. Both have their benefits: butyl rubber retains the air for a longer period of time, whilst latex provides better surface tension. Butyl rubber can also be found in the valve through which air can be pumped into the ball, where it aids air retention. Silicone valves can also be used.

Most modern chewing gum also uses food grade butyl rubber to give the gum its elasticity. Unfortunately, it also contributes the unwanted stickiness of gum. It can also be found in the inner tubing of tyres.

This is just a peek into the world of polymers – any plastics you use on a day-to-day basis are composed from polymers, as well as your clothing, and many other everyday items. Without synthetic polymers, Euro 2016 would be kicking off today with a much more rudimentary ball!

Source

Автор Наталя Лазарева, Наталя Неділько
Опубликовано в Deutsche Welle (DW)

Чи може крем прибрати зморшки? Яка зубна паста забезпечить голлівудську посмішку? Відповіді на ці питання знаходять у Вищій школі Оствеcтфален-Ліппе. Вона пропонує унікальну програму.

Зубна паста, мило, шампунь, крем для обличчя… Це не асортимент косметичного відділу, а лише невелика частина того арсеналу засобів, які можна знайти у кожного на полиці. Красу і чистоту сьогодні продають грамами й літрами, оптом і вроздріб. Однак перш ніж креми і гелі в привабливих баночках потраплять на полиці магазинів, над ними ще мають як слід попрацювати технологи.

Бакалаврат – не курси макіяжу

У Вищій школі Оствестфален-Ліппе (Hochschule Ostwestfalen-Lippe) в місті Лемго упродовж 27 років з успіхом готують фахівців у галузі виготовлення косметики й товарів побутової хімії.

“У нас технічна спеціальність, а не курси макіяжу, – наголошує професор Томас Гассенмайер. – Ми вивчаємо властивості продукту, його хімічний склад, дивимося, які елементи необхідно з’єднати, щоб у результаті отримати ефективний та якісний засіб”.

Але до творчості в обладнаній для експериментів лабораторії студентів допускають не відразу. Спочатку їм належить освоїти цілий ряд загальноосвітніх та спеціальних дисциплін. Серед них – органічна хімія, фізіологія та анатомія шкіри, мікробіологія, технологія виробництва косметики і право. Навчання триває шість семестрів, викладання відбувається переважно німецькою мовою. Після завершення курсу студенти проходять практику, захищають дипломну роботу і здобувають заслужений ступінь бакалавра.

Програм з ідентичною спеціалізацією в інших німецьких вищих навчальних закладах немає. Однак технологія виготовлення косметичних засобів як частина курсу присутня у Вищій школі Нижнього Рейну (Hochschule Niederrhein), у Вищій школі Нойбранденбург (Hochschule Neubrandenburg), а також в Гамбурзькому університеті (Universität Hamburg).

Косметика – жіноча справа?

Щороку на спеціальність “Технологія виробництва косметики і товарів побутової хімії” (Technologie der Kosmetika und Waschmittel) в Оствестфален-Ліппе вступають близько 25-30 осіб. “У маленькій групі можна набагато продуктивніше працювати, проводити семінари і лабораторні заняття”, – пояснює професор Томас Гассенмайер. На навчання сюди приїздять з різних куточків світу: з країн Східної Європи, Азії, Африки і Латинської Америки. Переважна більшість студентів – представниці прекрасної статі. Як, наприклад, Дарія Кирилов. Зараз вона проходить стажування в компанії Schwarzkopf & Henkel і для цього щоранку їде в Дюссельдорф з рідного Оберхаузена. “Студенти можуть залишитися на практику в лабораторіях ВНЗ, але набагато цікавіше” вийти в світ “і подивитися, як працює справжнє підприємство”, – пояснює студентка.

У своїй дипломній роботі Дарія порівнює вплив різних інгредієнтів на шкіру і ступінь їх поглинання. “Після школи я вивчилася на косметолога. Але завжди було цікаво зазирнути за лаштунки, дізнатися, як народжуються креми, чи насправді вони можуть прибрати з обличчя зморшки”, – розповідає вона. Після навчання в Лемго студентка з упевненістю заявляє, що в косметичній індустрії немає нічого неможливого.

Жіноча справа?

“Ще 10-15 років тому співвідношення між юнаками та дівчатами на курсі було приблизно однаковим,- розповідає професор.- Сьогодні ж ми радіємо, якщо до нас приходить хоча б двійко-трійко хлопців”. Особливих вимог, за словами викладача, до абітурієнтів немає. Головна умова – пристойне знання німецької мови та інтерес до природничих наук.

Випускникам цієї спеціальності не доведеться бомбардувати роботодавців резюме і довго очікувати запрошення на співбесіду. Шанси на працевлаштування у новоспечених технологів достатньо високі. Особливо якщо в заліковці – гарні оцінки. Раз на рік професійне об’єднання фахівців у галузі косметики та товарів побутової хімії SEPAWA проводить ярмарок вакансій, де можна зав’язати корисні контакти і вподобати собі якусь посаду.

Низка великих європейських компаній, наприклад, Henkel, Procter & Gamble, L’Oréal, Beiersdorf з готовністю беруть учнів з Лемго до своїх офісів і лабораторій. І не тільки в Німеччині. Розробка нових продуктів, контроль якості, закупівля сировини, технічний маркетинг – не важливо, яку сферу вибере для себе молодий спеціаліст, розуміння технологічних процесів і знання природничих наук завжди знадобиться.

Інша можливість – продовжити навчання в магістратурі. Хімічна і косметична галузь розвивається стрімкими темпами, і її працівникам доводиться постійно підвищувати свою кваліфікацію.

Как был открыта молекула с закодированной информацией о жизни

Автор Ольга Солонарь
Опубликовано в Deutsche Welle (DW)

Иоганн Фридрих Мишер открыл ДНК в 1869 году, когда работал в холодной лаборатории средневекового замка в Тюбингене. О значении его открытия мир узнал поколения спустя.

В 1869 году в лаборатории Иоганна Фридриха Мишера (Friedrich Miescher), расположенной в бывшем замке герцогов Вюртембергских в Тюбингене, было темно и холодно. Это малоприятное обстоятельство позволило молодому ученому сделать одно из важнейших научных открытий нового времени – выделить молекулу ДНК, как ее называют сегодня.

Little Mix – DNA

ДНК, то есть дезоксирибонуклеиновая кислота, находится в клетках всех живых организмов и отвечает за хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы. ДНК часто называют носителем информации о жизни, поскольку в ней хранится генетический код, являющийся основой наследственности. То, что именно ДНК является носителем генетической информации, было доказано значительно позже, в середине 20-го века. Но открыта ДНК была именно тогда, в 1869 году, в стенах старинного немецкого замка.

С химической точки зрения ДНК — это длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы. Связи между нуклеотидами в цепи образуются за счёт дезоксирибозы и фосфатной группы (фосфодиэфирные связи). В подавляющем большинстве случаев (кроме некоторых вирусов, содержащих одноцепочечную ДНК) макромолекула ДНК состоит из двух цепей, ориентированных азотистыми основаниями друг к другу. Эта двухцепочечная молекула спирализована. В целом структура молекулы ДНК получила название «двойной спирали».

В стенах средневекового замка

Была бы температура воздуха на рабочем месте Фридриха Мишера всего на пару градусов выше, чувствительная молекула распалась бы, и одна из самых крупных научных революций произошла бы не в это время и не в этом месте. Поэтому можно назвать счастливым стечением обстоятельств тот факт, что Фридрих Мишер проводил свои исследования в бывшей кухне замка Хоэнтюбинген, в которой было холодно как в холодильнике.

Лаборатория в замке Тюбингена. Фото 1879 года

Сейчас в замке расположен музей Тюбингского университета, а недавно была открыта для посетителей и бывшая лаборатория, в которой работал ученый. Этот раздел музея носит название “Лаборатория в замке Тюбингена. Колыбель биохимии” (Schlosslabor Tübingen. Wiege der Biochemie).

Современная выставка в бывшей лаборатории

Среди экспонатов здесь можно увидеть, например, пробирку, подписанную собственноручно ученым, в которую он в 1871 году всыпал препарат ДНК. Надпись на пробирке с розоватым порошком гласит: “Нуклеин из спермы лосося”. Именно так -“нуклеин” – назвал Фридрих Мишер открытое им вещество, воспользовавшись латинским словом Nuсleus, что означает “ядро”. Позднее, когда Мишер определил, что это вещество обладает кислотными свойствами, оно получило название нуклеиновая кислота.

Из медиков – в биохимики

Иоганн Фридрих Мишер

Иоганн Фридрих Мишер родился в Базеле, в Швейцарии. Он был отпрыском известной семьи, в которой были ученые и врачи. Пойдя по стопам отца и дяди, Фридрих Мишер изучал медицину.

В 1867 году, в возрасте 23-х лет, он закончил университет в Базеле. Но практикующим врачом он не стал, а обратился к научным исследованиям. Особенно его интересовали процессы, происходящие в клетках живых существ. И лаборатория в замке Тюбингена представлялась ему самым подходящим местом для исследований на эту тему.

Эта основанная в 1818 году лаборатория была одной из первых биохимических лабораторий в мире. Важную роль в ее истории сыграл химик Феликс Хоппе-Зейлер (Felix Hoppe-Seyler), который считается основателем биохимии и молекулярной биологии. Он изучал биохимию крови, в частности, гемоглобин, и дал этому белку, который окрашивает кровь в красный цвет, его название. Под началом Хоппе-Зейлера работало примерно сорок молодых ученых, среди которых был и Фридрих Мишер.

Всего лишь осадок на дне пробирки

Мишер исследовал белые кровяные тельца, лейкоциты. Он договорился с врачами в городской больнице о том, чтобы они позволили ему забирать оставшиеся после операций, пропитанные кровью и гноем бинты. Ученый хотел исследовать протеины лейкоцитов, содержащихся в гное, и их функции, но ему никак не удавалось выделить отдельные протеины. Зато в процессе своих опытов он заметил белый осадок, который оставался на дне пробирок. Состав этого вещества не был похож ни на одно известное к тому времени химическое соединение. После нескольких недель кропотливой работы в ледяном холоде лаборатории Мишер пришел к выводу, что открыл новую субстанцию.

Оригинальная пробирка с надписью “нуклеин”.

О значении нового вещества научный мир долгое время не догадывался. Коллеги Фридриха Мишера считали, что одна единственная субстанция не может отвечать за передачу наследственной информации у различных живых существ. Лишь в 1944 году американский медик Освальд Эвери доказал, что ДНК представляет собой носитель генетической информации.

Для будущих поколений

При помощи ДНК можно точно определить личность человека, поскольку рисунок дезоксирибонуклеиновой кислоты, представляющей собой двойную спираль, уникален. Метод генетической дактилоскопии, который еще называется ДНК-дактилоскопия, используется во всем мире в криминалистике при проведении судебно-медицинских экспертиз для расследования различных преступлений, а также, например, для установления родства. ДНК используется для исследования генетических причин заболеваний, что имеет значение и для профилактики болезней. Все это было бы невозможно, если бы Фридрих Мишер не мерз в 1869 году в своей лаборатории.

Repairs DNA & Brings Positive Transformation

 

 

 

10 Reasons Why Oxytocin Is The Most Amazing Molecule In The World

George Dvorsky

Though often referred to as the “trust hormone” oxytocin is increasingly being seen as a brain chemical that does a lot more than just bring couples closer together.

New research is suggesting that oxytocin plays a crucial part in enabling us to not just forge and strengthen our social relations, but in helping us to stave off a number of psychological and physiological problems as well. But more conceptually, oxytocin is proving to be a crucial ingredient to what makes us human. Here are ten reasons why oxytocin is simply the most incredible molecule on the planet:

  1. It’s easy to get

One of the neat things about oxytocin is that you can get your fix anywhere and at any time. All you need to do is simply hug someone or shake their hand. The simple act of bodily contact will cause your brain to release low levels of oxytocin — both in yourself and in the person you’re touching. It’s a near-instantaneous way to establish trust. And the good news is that the effect lingers afterward. There’s even evidence that simply gazing at someone will do the trick — or even just thinking about them. And you shouldn’t feel limited by the human species; it also helps to hug and play with your pets. And for those who can’t produce enough oxytocin on their own, or who feel they could use a boost, the molecule can be easily synthesized and administered as a drug.

  1. A love potion that’s built right in

Often referred to as the “love molecule”, oxytocin is typically associated with helping couples establish a greater sense of intimacy and attachment.

Oxytocin, along with dopamine and norepinephrine, are believed to be highly critical in human pair-bonding. But not only that, it also increases the desire for couples to gaze at one another, it creates sexual arousal, and it helps males maintain their erections.

When you’re sexually aroused or excited, oxytocin levels increase in your brain significantly — a primary factor for bringing about an orgasm. And during the orgasm itself, the brain is flooded with oxytocin — a possible explanation for why (some) couples like to cuddle after.

  1. It helps mom to be mom

But oxytocin isn’t just limited to helping couples come together — it’s an indispensable part of childbirth and mother-child bonding. Oxytocin helps women get through labour by stimulating uterine contractions, which is why it’s sometimes administered (as Pitocin) during labor.

It’s been known to promote delivery and speed up contractions. After birth, mothers can establish intimacy and trust with their baby through gentle touches and even a loving gaze. In addition, mothers can pass on oxytocin to their babies through breast milk. And it’s worth noting that fathers can reap the benefits of oxytocin as well; new dads who are given a whiff of oxytocin nasal spray are more likely to encourage their children to explore during playtime and are less likely to be hostile.

  1. Reduces social fears

Given its ability to break-down social barriers, induce feelings of optimism, increase self-esteem, and build trust, oxytocin is increasingly being seen as something that can help people overcome their social inhibitions and fears. Studies are showing that it may be effective in treating debilitating shyness, or to help people with social anxieties and mood disorders.

It’s also thought that oxytocin could help people suffering from post traumatic stress disorder. In addition, given that autism is essentially a social communication disorder, it’s being considered as a way of helping people on the spectrum as well. And lastly, oxytocin, through its trust-building actions, can help heal the wounds of a damaged relationship — another example of how the mind gets its plasticity.

  1. Healing and pain relief

Amazingly, oxytocin can also be used to heal wounds (through its anti-inflammatory properties). Studies have also shown that a rise in oxytocin levels can relieve pain — everything from headaches, cramps and overall body aches. Now, that being said, the trick is to get some oxytocin action while you’re in pain — which is not so easy.

This is where synthetics can certainly help. Alternately, if you find yourself in physical discomfort, you could always ask your partner for a roll in the hay. So guys, be sure to use this crucial information the next time your significant other declines your advances and tells you she has a headache.

  1. A diet aid

Perhaps surprisingly, it can also be used to prevent obesity in some instances. Researchers have observed that oxytocin and oxytocin receptor-deficient mice become obese later in life — and with normal food intake. Scientists believe that the hormone might be responsible for a series of beneficial metabolic effects, both in mice and humans.

Moreover, by giving oxytocin-deficient obese mice oxytocin infusions, their weight returned back to normal levels. The mice also showed a reduced glucose intolerance and insulin resistance. This clearly suggests an alternative option for those struggling to keep the weight off.

  1. An antidepressant

Oxytocin was first observed to have a connection to depression through its effects on mothers suffering from postpartum syndrome. Researchers found that some new mothers were dealing with depression on account of low levels of oxytocin. In fact, they were able to predict postpartum during the pregnancy if the expectant mother had low levels of oxytocin. Recent studies of blood levels and genetic factors in depressed patients have revealed the potential for treating people with clinical depression, and even anxiety disorders.

  1. Stress relief

Not surprisingly, given its ability to alleviate social anxiety and produce feelings of trust, oxytocin has the peripheral ability to reduce stress — which is no small thing when you consider the toll that stress takes on the body. Oxytocin has been observed to reduce cortisol in the body and lower blood pressure. It’s also been known to improve digestion, which is often disturbed by high stress levels. Interestingly, oxytocin and the oxytocin receptors have been found in the intestinal tract; it improves gut motility and decreases intestinal inflammation.

  1. Increases generosity

In what could be seen as either a good or bad thing, oxytocin has been observed to increase generosity in humans. Evolutionary biologists, particularly those who subscribe to the selfish gene theory, have long struggled to understand why people sometimes share or give away things — often at a personal cost. But several lines of research have connected oxytocin to feelings of empathy.

In one study that required persons to share money with a stranger, infusions of oxytocin were shown to make some subjects as much as 80% (wow!) more generous than those on a placebo.

  1. It’s what makes us human

In other words, all the above. It’s clear that we really wouldn’t be human without it — we would simply lack the ability to be the social, caring species that we are. Now, it should be noted, however, that, while oxytocin increases in-group trust, it produces the opposite feeling for those in the out-group — so it’s not the “perfect drug” some might proclaim it to be. That being said, oxytocin plays a crucial role in forging our ability to spark and maintain relationships, while endowing us with the ability to empathize, trust, and even love one another. Without it, we would be something significantly less than what we are.

Joan Jett – I Love You Love Me love

So what are you waiting for? Go out and hug someone!

Oxytocin

Women in Chemistry—Where We Are Today

Women in Chemistry—Where We Are Today

Dr. Claire D’Andola

DOI: 10.1002/chem.201600474

Abstract
original image

Pledge for parity: What is the current status of gender parity in the sciences? And why is it important to discuss it? Herein, we wish to contribute towards a constructive discussion of the issues surrounding gender disparity in science as well as providing practical information about the facts of the issues involved and details of organizations and programs that provide support for women who wish to pursue a scientific career.

image
Dr. Claire D’Andola

  In 2011 Chemistry—A European Journal published a special issue dedicated to Women in Chemistry as part of the IUPAC/UNESCO International Year of Chemistry initiative. As a follow up and to celebrate International Women’s Day on March 8th 2016,[1] we are now publishing another issue dedicated to women from around the world currently working in chemical research. We received an overwhelmingly positive response to the conception of this issue and as a result the issue features contributions from 17 countries and contains one Review, one Concept, six Minireviews (frontispiece graphics for these articles are featured on our front cover), 19 Full Papers, and 12 Communications, all featuring a woman as the principle correspondence author.

The breath of topics covered in this issue (from materials and physical chemistry through to organic and biochemistry) is a testament to the quality of research being carried out and led by women in chemistry around the world. The inside cover graphic is provided by B. Martín-Matute and co-workers for their VIP Full Paper article entitled “Selective Heterogeneous C−H Activation/Halogenation Reactions Catalyzed by Pd@MOF Nanocomposites” (see page 3729), the back cover by C. Viñas and co-workers for their HIP Communication article entitled “Carboranylphosphinic Acids: A New Class of Purely Inorganic Ligands” (see page 3665), and the inside back cover by T. Gulder and co-workers for their HIP Communication article “A Fluorination/Aryl Migration/Cyclization Cascade for the Metal-Free Synthesis of Fluoro-Benzoxazepines” (see page 3660). In addition, we have two HIP articles with frontispiece graphics from L. Chi and co-workers for their Communication article entitled “Investigation into the Sensing Process of High-Performance H2S Sensors Based on Polymer Transistors” (see page 3654) and C. Höbartner and F. Javadi-Zarnaghi for their Full Paper article entitled “Functional Hallmarks of a Catalytic DNA that Makes Lariat RNA” (see page 3720). Chemistry—A European Journal is proud to highlight the fantastic contributions women are making to chemistry and hopes that this special issue will help to inspire more young women currently studying at university to pursue a career in research.

image image image image image image

Much has been written on women in chemistry and the focus has often rightly been on the great achievements that have been made by women so far throughout history from the two-times Nobel Prize winner Marie Curie who conducted pioneering research on radioactivity, Rosalind Franklin, chemist and X-ray crystallographer who contributed to the understanding of the molecular structures of DNA, through to more recent achievements by Ada Yonath who was the latest women to be awarded the Nobel Prize in chemistry in 2009 for her research into the ribosome.

These women and many others have inspired and continue to inspire many women to pursue a career in chemistry. Our aim is to provide a clearer picture of what the current status of gender parity is in the sciences and why it is important to discuss it. Gender equality can often be a very emotive issue, making the task of discussing issues surrounding its cause difficult for both genders; herein, we wish to contribute towards a more constructive discussion by providing practical information about the facts of the issues involved as well as details of organizations and programs that provide support for women who wish to pursue a scientific career.

We have also asked four academics currently working in the field, Prof. Tom Welton (Dean of the Faculty of Natural Sciences at Imperial College London), Prof. Marina Resmini (Professor of Materials Chemistry at the Queen Mary University of London), Prof. Irina Beletskaya (Professor of Chemistry at Moscow State University and a board member of Chemistry—A European Journal), and Dr. Hildegard Nimmesgern (Chairwoman of the Arbeitskreis Chancengleichheit in der Chemie AKCC, a working group of the German Chemical Society (GDCh) for more equal opportunities and gender equality in chemistry), to provide their personal view on gender parity in chemistry and on what can and is being done to encourage more women to enter and stay in the chemical professions.

Let us start then by asking four basic questions: What does gender parity currently look like in the sciences? Do we really need greater gender parity in the sciences? And, finally, why do women leave scientific research and what can we do to retain them?

What does gender parity currently look like in the sciences?

There are many different sets of statistics on women in science, but in this Editorial we will concentrate on data from the United Nations Educational Scientific and Cultural Organization (UNESCO) collected in 2013,[2] which detail that on average only 28 % of the world’s researchers (Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) subjects) are women; the global map in Figure 1 details the share of female researchers by country.1

Figure 1.

The gender gap in STEM research (women as a share of total researchers, 2013 or latest year available). Note: Data in this map are based on headcounts, except for Congo, India, and Israel which are based on full-time equivalents). Data for China are based on total R&D personnel instead of researchers. Data for Brazil and Tunisia are based on estimations. Source: UNESCO Institute for Statistics, October 2015.[2]

A further breakdown of the data, which can be found by using the UNESCO interactive data tool on women in science provides some surprising results.[3] A closer look at Europe (Figure 2), for example, shows that Germany and France are amongst the least representative with only 27 and 26 % female researchers versus smaller Eastern European countries such as Lithuania and Latvia that have reached overall gender parity and can boast of 52 and 53 %, respectively.2

Figure 2.

A breakdown of female researchers in Europe. Female researchers as a percentage of total researchers, 2013 or latest year available. Notes: +1=2014, −1=2012, −2=2011, −3=2010, −4=2009, −5=2008, −6=2007, −8=2005, −9=2004, −10=2003, −11=2002, −12=2001, −13=2000, −14=1999, −16=1997. *=Based on full-time equivalent data. Source: UNESCO Institute for Statistics, October 2015.[2]

On the positive side, however, this disparity is not present at the bachelor level with Germany and France starting with a more representative 44 and 58 % of female students. A drop is already realized at the Doctorial level (41 and 47 %, respectively, Figure 3), but the real significant drop in numbers of women occurs when we reach the research level with disappointing figures of 27 and 26 %, respectively, being reached (research level, in this case, referring to the number of women who remain in research after completion of their PhD).3

Figure 3.

The ‘leaky pipeline’ of women’s representation in STEM from the bachelor to research level for some of Europe’s largest countries. Blue columns: percentage of men; light to dark green: percentage of women from PhD to research level, respectively. Data source: UNESCO Institute for Statistics.[2]

Interestingly, Lithuania and Latvia both maintain greater than 50 % representation throughout this career progression. However, this overall gender parity is also deceptive as a breakdown between the different STEM subjects for all countries for which data is available shows that women tend to opt more for social sciences and humanities subjects rather than the natural sciences and engineering and technology.

Unfortunately, no data is currently available from UNESCO for the US; however, we can see these trends continuing in the US from data provided by the National Science Foundation (NSF) digest, which reports data on gender and racial equality in science and engineering every two years.[4] For a graphical representation of some of their latest findings, see Figure 4

Figure 4.

Scientists and engineers working in science and engineering occupations: 2013. Note: Hispanic may be any race. Other includes American Indian or Alaska Native, Native Hawaiian or other Pacific Islander, and multiple race. Source: National Science Foundation, National Center for Science and Engineering Statistics.[4]

The data in Figure 4 are quite stunning and show that despite recent advances, women of all racial and ethnic groups in the US are underrepresented in science and engineering occupations, making up only 30 % of the entire workforce, with women from racial minority groups the least represented of all. Further data provided by the NSF digest show the same trends as those observed from the UNESCO data with women opting disproportionally for subjects such as social science versus the natural sciences and engineering, and that women are more likely to occupy positions such as assistant and associate professor rather than obtaining full professorships, which are overwhelmingly held by men.

As an overall picture, it is clear from the data that women are still largely underrepresented in STEM subjects, especially in the natural sciences and engineering and technology, with a high number of women not choosing to pursue a research career at the point of obtaining a Bachelors degree and also after completing a PhD.

This process of the reduction in the number of women as one climbs up the ladder of career progression from education to research is widely referred to as the ‘leaky pipeline′, with even fewer women reaching high-level positions, such as heads of institutes or departments. Compounding the problem, when women do create successful careers in science they are, on average, paid less and receive less funding.[4, 5] While causes may vary, these trends are common not only to Europe and the US, but to many countries worldwide. Gender disparity in the sciences then does exist, which leads us to our next question, why should we do anything about it?

Do we really need to tackle gender disparity in the sciences?

A good answer to this question is that to maximize our potential in creativity and innovation we need the best minds on the job, be they male/female or black/white. Accordingly, it is important to ensure that there are no barriers to limit the possibilities for the best candidates to take on high-level research positions. Failure to do so could result in missing out on significant discoveries and achievements. Another more practical point may be that when women are not properly represented in certain research fields, gender variables can be easily disregarded. An example apt to the field of chemistry is the discovery that women respond to many medications differently to men and experience different side effects. This has remained undiscovered until relatively recently as many drug trials were previously based on average-sized men, assuming that women’s bodies would respond in the same manner.

In fact, physiologic differences between men and women that are determined by differences in body-fat distribution and hormones among other factors can affect the way drugs are metabolized and distributed in the body. Drugs that fall into this category include some prescription painkillers, antipsychotics, and antidepressants.[6] This sort of factorization of gender factors is equally important in other research areas such as psychology and even transport planning.

Of course, as well as the benefits to science, society as a whole benefits when women are able to fully explore and achieve their potential and when their work is not undervalued. The fact that women’s equal representation and empowerment reduces poverty, particularly child poverty, and benefits economies is something that the UN has long recognized.

At the UN climate change conference in November last year in Paris, goal number 5[7] agreed at the conference was to achieve gender equality and empower all women and girls; indeed, the text of the goal clearly states that “Providing women and girls with equal access to education, health care, decent work, and representation in political and economic decision-making processes will fuel sustainable economies and benefit societies and humanity at large”.

The UN is not alone, the World Economic Forum[8] recognizes that “The key for the future of any country and any institution is the capability to develop, retain and attract the best talent.” And “Empowering and educating girls and women and leveraging their talent and leadership fully in the global economy, politics and society are thus fundamental elements of succeeding and prospering in an ever more competitive world.”[8b]

Why do women leave scientific research and what can we do to retain them?

image        image        image

Things are improving, overall numbers of women are increasing in science subjects and we have begun to see the first appointments of female presidents of many chemical societies, including the Royal Society of Chemistry (RSC) (Lesley Yellowlees, 2012–2014), the Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) (Barbara Albert 2012–2013, current president: Thisbe Lindhorst), the Hungarian Chemical Society (HCS) (Livia Simon Sarkadi, 2015–present), and the Federation of Asian Chemical Societies (FACS) (Supawan Tantayanon, 2011–2013), following, if slowly, from the appointment of the first female president of the American Chemical Society (ACS) in 1978 (Anna Harrison).

We have also seen the appointments of Helma Wennemers, Christina Moberg, and Luisa De Cola, who between them have two Full Papers and one Communication in this issue, as the first female Fellows of ChemPubSoc Europe.[9]

Despite these great achievements, progress is still disappointingly slow and a ‘leaky pipeline’ has been established with many women that choose to study science leaving the subject after completing their PhD, and numbers continuing to be reduced right up to the highest-level positions.

This year’s theme for International Women’s day is Pledge for Parity in recognition of the need to accelerate women’s representation in all areas of life. With this in mind, it’s time to consider why women leave scientific research and what can be done to keep them.

Causes for the ‘leaks’ in the pipeline are many fold and are discussed in our Guest Editorials. Not surprisingly, three of these articles mention the introduction of children in the lives of women as being a key factor in deterring many from pursuing a research career, with the profession being seen as unfriendly to women and men who may need to take time out to care for small children.

Making career progression more flexible for women and men who need to take some time away from their careers in order to care for children or relatives seems to be an ideal place to start in helping to retain women in research. Giving equal benefits of maternity time for men helps women by allowing these responsibilities to be shared, should a couple so wish, so that one partner does not have to singly put their career on hold. Continuing this support when employees return to work and providing more long-term flexibility, such as holding meetings and seminars during school-time hours and providing on-site child care are avenues that should be explored.

One scheme that already provides this kind of support is the Daphne Jackson Trust (UK based), which was founded after the death of Daphne Jackson, the UK’s first female professor of physics. The trust provides flexible fellowships to STEM professionals (male and female) who wish to return to research after a break of two or more years.

The fellowships uniquely offer an individually tailored retraining and mentoring program to increase the confidence of their fellows when they apply for future research positions. Other programs, such as the Marie Skłodowska-Curie program, also offer opportunities for those retuning to academia after a career break; however, as Hildegard Nimmesgern (Chairwoman of the Arbeitskreis Chancengleichheit in der Chemie AKCC, a working group of the German Chemical Society (GDCh) for more equal opportunities and gender equality in chemistry) puts it in her Guest Editorial on page 3529 “As our society relies on having children, it becomes clear that those supportive structures have to come from every side of society, politics, employers, and the families themselves”.

Thus, to plug this hole in the pipeline, we need women to feel comfortable that a research career does not mean sacrificing future caring responsibilities, and to do this, society as a whole needs to change its attitude to the value placed on these responsibilities and provide greater support in work to both women and men that have them.

image

Tackling gender-based discrimination is another more controversial part of keeping women in science. Science, always traditionally seen as a male interest, still suffers from this perception despite huge increases in women choosing to study it in further education. Science- and engineering-based toys are still widely being promoted in advertising using male characters and children, and can still be found in sections marked ‘gifts for boys’ or ‘boys toys’ in retailers. Telling girls from a young age that science and engineering are not for them instills a message that is carried throughout school and higher education that girls are not as good at science as boys, decreasing their confidence in their own abilities and potentially affecting their performance.

The latest Programme for International Student Assessment (PISA) report from the Organization for Economic Co-operation and Development (OECD) has found that, in science, the highest-achieving boys outperform the highest-achieving girls in as many as 17 OECD countries.[10] Interestingly, the report found no evidence that this was linked to gender differences in aptitude but to their attitudes to learning and self-confidence, finding that when high-achieving girls and boys had similar levels of science self-belief, there was no performance gap. Indeed, the report states that “gender disparities in school performance stem from students’ attitudes towards learning and their behaviour in school, from how they choose to spend their leisure time, and from the confidence they have”.

The report goes on to suggest that parents and teachers have a large role to play in reducing gender-based gaps in performance by providing greater encouragement and support. Therefore, even if young girls enjoy science and are high-achieving students, lack of confidence and support from parents and teachers due to gender-stereotyping and misperception may lead them to underachieve in science and not consider the subject as a future career option. Organizations, such as the WISE campaign[11a] are currently trying to directly combat gender-stereotyping and campaign groups, such as ‘Let Toys Be Toys – For Girls and Boys’[11b] are trying to target retailers who sell and promote toys to a specific gender.

Unfortunately, these perceptions do not end after school, and women who go on to research careers still face both conscious and unconscious gender bias from both men and women.[12] Solving the problem through positive discrimination can also have its drawbacks as Irina Beletskaya (Professor of Chemistry at Moscow State University) indicates in her Guest Editorial on page 3531 “It always embarrasses me when women are singled out as a special category, and they are elected or appointed members of some committee just to fill a quota”. The answer then must lie in tackling the causes of gender bias directly instead of relying on positive discrimination to increase numbers.

image image

Once students reach university, changes to the way women are mentored could become a key method in helping them develop their careers. Marina Resmini (Professor of Materials Chemistry at the Queen Mary University of London) writes in her Guest Editorial on page 3533 that “It is important that higher education employers implement infrastructures that support doctoral students and provide training on PhD supervision for all supervisors where gender bias and tailored supervisory requirements are highlighted, recognizing that supervisors play an important role in addressing the ‘leaky pipeline′”.

One initiative that has had a positive impact on women’s representation in research is the UK-based Athena SWAN Charter (from the Equality Challenge Unit (ECU) also responsible for the Race Equality Charter), which was established in 2005 to encourage and recognize commitment to advancing the careers of women in STEM employment in higher education and research.[13] The charter has now been expanded to the arts, humanities, social sciences, business and law (AHSSBL), and in professional and support roles, and for transgender staff and students. Institutions can apply for an Athena Swan Award (gold, silver or bronze) based on whether they have signed up to the charter’s equality principles and can fulfill certain criteria designed to eliminate gender bias.

Tom Welton, Dean of the Faculty of Natural Sciences at Imperial College London, which was a founder member of the Athena SWAN Charter, describes the equality measures introduced to achieve gold for the Department of Chemistry in his Guest Editorial on page 3535 and writes that “What immediately became clear was that although generally women had been more adversely affected by poor practices than the men in the department, improving the environment in the department benefited both men and women. Hence, the changes that we implemented were not ‘for women′.

That is not to say that there is no role for women-only events, but that our changes were for the benefit of the whole department”. Initiatives such as this and others discussed in our Guest Editorials are good examples of how academic institutions can be encouraged to take measures that lead directly to greater representation of women and other minorities in STEM subjects both in industry and research and are a positive sign that the challenges of increasing diversity in science can be overcome.

image

Finally, social media deserves a mention as it has brought certain advantages for women wanting to discuss and learn more about gender issues in science and a whole new set of support groups have appeared that provide an open platform for information exchange and discussion. One such group is ′Women in Research′,[14] which was founded in 2013 by members of the Max Planck Institute for Biophysical Chemistry (Germany).

Of course, whilst social media brings the advantage of connecting individuals in discussions that might not otherwise have interacted and allowing women greater freedom to discuss their own experiences of gender bias and call it out when experienced, it also comes with certain disadvantages, such as providing the opportunity for troll attacks, gender-based troll attacks being one of the most prolific, and has led to accusations of individuals accused of gender bias being ‘tried by social media′. However, despite these disadvantages it has to be acknowledged that social media has provided a platform that enables women to speak out against gender bias and is making a huge impact on the discussion, even in science.

For more on this topic, please read our Guest Editorials and celebrate the great achievements and advances women have made in science and, particularly, “Women in Chemistry” with the contents of this issue. With the theme of International Women’s Day 2016, Pledge for Parity, in mind, Chemistry—A European Journal would like to make the following pledges to help increase gender parity in chemistry:

image image

  1. The journal increased the number of women on our Editorial board from three to five in 2014. Now we would like to pledge that we will continue to increase this number in an effort to move closer towards gender parity at each review of our Editorial board.

  2. The journal will actively look to increase the number of women involved in the peer review process.
  3. And, finally, the journal will continue to profile women in chemistry through its various media channels and highlight the research among its cover features and on ChemistryViews.

Антонов Огонь

Лариса Ракитина о тайне “священного огня”

В старину люди, не зная истинных причин возникновения болезней, зачастую давали им красивые поэтические названия. Согласитесь, «синдром проклятия Ундины» звучит гораздо романтичнее, чем «центральный синдром сонного апноэ», а «грудная жаба» намного образнее безликой «стенокардии». «Антонов огонь» тоже звучит впечатляюще, но что скрывается за этим пламенным образом?

Картина преступления

Раньше так называли заболевания разной этиологии, при которых болят, изменяют цвет и даже некротизируются конечности. Некоторую неопределенность это название сохраняет и до сих пор. Разные словари и справочники считают «антонов огонь» синонимом и рожистого воспаления, и газовой гангрены, а иногда и любого нарушения трофики нижних конечностей. Однако при глубоком изучении истории вопроса обнаруживается, что «антонов огонь» — это совершенно конкретное заболевание, в наши дни крайне редкое, но в прошлом принимавшее характер эпидемии. Чтобы сохранить интригу повествования и детективный интерес коллег, не буду пока раскрывать карты и называть эту болезнь ее современным именем. Расскажу сначала, как ее описывали первоисточники.

Упоминания об эпидемиях страшной болезни — «скрытом огне», охватывающем конечности и постепенно убивающем пораженного, — встречаются у средневековых летописцев начиная с 10 века. Хронист Сигеберт Жамблузский так описывает эпидемию 1090 года в Западной Лотарингии: «Многие гнили заживо под действием “священного огня”, который пожирал их нутро, а сожженные члены становились черными как уголь. Люди умирали жалкой смертью, а те, кого она пощадила, были обречены на еще более жалкую жизнь с ампутированными руками и ногами, от которых исходило зловоние» [1]. Заболевшие испытывали жгучие боли в конечностях, парестезии, зуд, онемение.

Считалось, что излечить недуг помогают мощи святого Антония — христианского отшельника, жившего в 3–4 веке. Этот святой был официальным покровителем больных «горячкой», и «священный огонь» получил название «антонов». Появился даже монашеский орден святого Антония, специализировавшийся на исцелении от этой болезни (кстати, орден существует и до сих пор).

Другое употреблявшееся в Европе название заболевания — «корчи ведьмы» — связано с его нервно-психическими проявлениями. Говоря современным языком, у заболевших наблюдались спутанность сознания, эпизоды психоэмоционального возбуждения, галлюцинозы, тонические судороги. Вспышки таинственной болезни преследовали Европу веками, происходили они в районах с влажным и прохладным климатом — Германии, Швеции, Франции, Голландии, России — и чаще случались в голодные, неурожайные годы. Смертность от «огня святого Антония» была сопоставима со смертностью от чумы. Например, эпидемия 922 года на юго-западе Франции, в Аквитании, унесла жизни 40 тысяч человек [2].

Рассматривая многофигурные композиции средневековых художников, например Иеронима Босха или Питера Брейгеля-Старшего, невольно обращаешь внимание на большое количество персонажей с недостающими конечностями. Конечно, при тогдашнем уровне медицины вряд ли многие оставались в живых после травматической или хирургической ампутации, но более вероятно, что мы видим людей, перенесших сухую гангрену конечностей с самоампутацией. И их количество поистине впечатляет.

Улики собраны

К концу 17 века накопились кое-какие сведения об «антоновом огне». Было известно, что болезнь возникала в сельской местности, преимущественно среди бедного населения, которое в больших количествах употребляло в пищу ржаной ­хлеб, среди людей, пивших воду из одного источника, заболевали не все; болели обычно семьями, причем соседи заболевшей семьи оставались здоровыми, и это практически исключало инфекционную природу заболевания.

В 1670 году французский врач Луи Тулье обратил внимание на то, что широко распространенный в те времена паразит ржи — спорынья (грибок Claviceps purpurea) — использовался в акушерстве и при передозировке вызывал судороги, расстройство кровообращения и диспепсию. Проанализировав имевшиеся данные и собственные наблюдения, Тулье сделал вывод, что причина «антонова огня» — употребление в пищу муки, смолотой из зараженного спорыньей зерна.

Теория Тулье хорошо согласуется с известными сегодня фактами. Так, в летописях первые упоминания об «огне святого Антония» относятся к началу средних веков, то есть к 10 веку, — времени, с которого в Европе культивируется рожь. Наибольшее число заболеваний отмечалось в неурожайные годы, когда в пищу шел каждый колосок. Часто рожь собирали до момента созревания, то есть в период максимальной ядовитости спорыньи. Кроме того, спорынья лучше развивается при повышенной влажности, и это объясняет, почему в дождливые года было больше заболевших. Кроме того, в монастырях ордена святого Антония бывали случаи исцеления, хотя лечение состояло в молитвах и смазывании пораженных членов свиным жиром. Не потому ли болезнь отступала, что в монастыре пациент ел хлеб из другой, незараженной, муки?

Теория Тулье находит косвенные подтверждения и в мире животных. Спорынья поражает не только рожь, но и многие дикорастущие злаки. Следовательно, животные тоже страдают эрготизмом. В случаях их отравления отмечаются те же формы заболевания, что и у людей, — нарушения нервной системы, некрозы клювов, копыт, пятачков, хвостов, ушей. Страдающие эрготизмом животные отбрасывают копыта в буквальном смысле — и, может быть, именно благодаря этому появилось известное образное выражение?

Однако гениальное открытие Тулье, связавшее «огонь святого Антония» с употреблением недоброкачественного хлеба, не было принято современниками, и соответствующих выводов никто не сделал. Заболеваемость пошла на убыль только лет через сто благодаря повсеместному вытеснению ржи картофелем и развитию сельского хозяйства — хлеборобы научились очищать зерна от рожков спорыньи.

Преступник найден?

Сейчас известно, что основа химического строения алкалоидов спорыньи – эрготамина, эргометрина и алкалоидов группы эрготоксина - это лизергиновая кислота, производное индола.

Эрготамин

Эрготамин. Фармакологическое действие.

Алкалоид спорыньи. Влияет на различные органы и системы организма, в том числе на ЦНС. Одним из важных свойств эрготамина является его стимулирующее действие на мускулатуру матки. Повышает тонус матки, в связи с этим оказывает терапевтическое действие при атонии и гипотонии матки и связанных с ними маточных кровотечениях. Эффект при маточных кровотечениях обусловлен механическим сжатием кровеносных сосудов при сокращении миометрия. Ускоряет инволюцию матки в послеродовом периоде.

Для эрготамина характерна альфа-адреноблокирующая активность в сочетании с выраженным прямым сосудосуживающим действием на гладкую мускулатуру периферических и мозговых сосудов. В связи с этим на фоне действия эрготамина, несмотря на альфа-адреноблокирующую активность, преобладает тонизирующее влияние на периферические и мозговые сосуды (последнее имеет терапевтическое значение при мигрени).

Эрготамин обладает также антисеротониновой активностью. Оказывает депримирующее влияние на сосудодвигательный центр, на фоне действия эрготамина повышается тонус блуждающего нерва. Оказывает успокаивающее действие; понижает основной обмен, уменьшает тахикардию при гиперсимпатикотонии, гипертиреозе.

Эргометрин. Фармакологическое действие.

Эргометрин

Эргометрин является одним из главных алкалоидов спорыньи. Сильнее и быстрее, чем другие алкалоиды, действует на мускулатуру матки, повышая её тонус и увеличивая частоту сокращений. Эргометрин действует на альфа-адренергические, дофаминергические и серотониновые рецепторы (рецепторы 5HT2), одновременно оказывает на матку и другие гладкие мышцы мощный стимулирующий эффект, четко не связанный с определенным типом рецепторов. Эргометрин имеет медицинское применение в акушерстве для облегчения отделения плаценты и предотвращения кровотечения после родов, вызывая сужение гладкой мышечной ткани в стенках кровеносных сосудов, тем самым уменьшая приток крови. Этот препарат используют, как правило, в сочетании с окситоцином (Syntocinon) под названием Синтометрин  (Syntometrine). Эргометрин может вызвать спазм коронарных артерий. Этот препарат также используется для диагностики варианта стенокардии М. Принцметала.

Лизергиновая кислота

Лизергиновая кислота входит в состав ряда вырабатываемых спорыньей алкалоидов (т. н. эргоалкалоидов), из которых может быть выделена щелочным гидролизом. Полный синтез лизергиновой кислоты осуществлен Р. Вудвордом в 1954. Характерное биологическое действие выражено у лизергиновой кислоты слабее, чем у алкалоидов спорыньи.

Отравление алкалоидами спорыньи вследствие потребления муки из пораженной этим грибком ржи или передозировки содержащих их препаратов носит название «эрготизм» (от фр. ergot — спорынья).

Алкалоиды спорыньи действуют как адреноблокаторы и в токсических дозах негативно влияют на центральную нервную систему, сердечно-сосудистую систему и желудочно-кишечный тракт. Передозировка проявляется диспепсией, парестезиями, расстройствами речи, подергиваниями отдельных мышечных групп, в тяжелых случаях развиваются бред и тонические судороги. Смертельная доза спорыньи — около 5 грамм.

Также может развиваться токсический ангиотрофоневроз. Вследствие сосудосуживающего действия эрготамина возникает стойкий спазм дистальных сосудов конечностей, затем присоединяются инфильтрация эндотелия и тромбозы. Клинически наблюдается цианоз, а затем бледность пальцев, кистей и стоп, появляются парестезии, снижается чувствительность, образуются некрозы по типу сухой и реже влажной гангрены. Специфической терапии отравления алкалоидами спорыньи нет, лечение состоит в симптоматической терапии и, главное, в прекращении поступления яда в организм.

В наше время случаи отравления алкалоидами спорыньи, тем более массовые, не регистрируются. Принято считать, что последняя в истории эпидемия эрготизма случилась в 1951 году во Франции после смешивания доброкачественной и зараженной спорыньей муки. Пострадало триста человек, зафиксировано 5 летальных исходов. Правда, есть мнение, что это было отравление не спорыньей, а соединениями ртути, которыми обрабатывали зерно.

Возможно, но не наверняка

Таким образом, при сопоставлении исторических сведений о страданиях пораженных «антоновым огнем» с известными современной науке составляющими клинической картины эрготизма складывается мнение, что это одно и то же заболевание.

Во-первых, поведенческие нарушения, возбуждение, галлюцинации, о которых рассказывают исторические источники, соответствуют некоторым клиническим проявлениям отравления спорыньей.
Во-вторых, сухая гангрена выглядит именно как обугленная головешка, и в рассказах о «черных, как уголь, сожженных членах» можно усмотреть гангренозную форму эрготизма, при которой происходит нарушение трофики конечностей вплоть до развития гангрены.
В-третьих, для конвульсивной формы эрготизма характерны тонические судороги разных групп мышц, в том числе сгибателей конечностей, и здесь трудно не вспомнить знаменитую «пляску святого Витта» — массовое явление во времена Средневековья (хотя есть и другие версии, объясняющие, что это такое).
И, наконец, существует даже смелая и неоднозначная гипотеза, согласно которой множество эпизодов явного массового умопомешательства и психозов в истории европейских народов — крестовые походы, религиозные войны, охота на ведьм — это проявления эрготизма в психотической форме [3].

Но все же нельзя утверждать, что «антонов огонь» — это эрготизм в чистом виде. Все приведенные выше рассуждения не могут претендовать на абсолютную истину. Мы не располагаем бесспорными доказательствами, результатов патолого-анатомических и токсикологических исследований умерших от «огня святого Антония» у нас нет.

И если сомнений в том, что «антонов огонь» — это гангренозная форма эрготизма, почти не возникает, то вряд ли можно утверждать, что именно спорынья была чуть ли не локомотивом кровавой средневековой истории. Организаторами и фанатичными участниками Первого крестового похода (1096 год) стали бедные крестьяне из сильно пострадавших от эпидемии «антонова огня» районов на востоке Франции и западе Германии [2].

Психоделическая революция

Был еще один период в истории человечества, когда имело место массовое употребление производных лизергиновой кислоты. В 1938 году швейцарский фармаколог Альберт Хофманн, работая над препаратами против маточных кровотечений, занимался исследованиями эрготамина. Одним из синтезированных им веществ стал диэтиламид лизергиновой кислоты, или ЛСД-25 (напомню, что лизергиновая кислота — основа химического строения алкалоидов спорыньи).

В 1943 году Хофманн случайно обнаружил яркий галлюциногенный эффект ЛСД и его способность изменять мировосприятие. Препарат стали использовать в психиатрической практике, и постепенно он приобрел большую популярность как средство «расширения сознания». В 50–60‑е годы 20 века увлечение ЛСД приняло массовый характер, особенно в США.

Последствия бесконтрольного употребления галлюциногенов оказались неприятно разнообразными и часто непредсказуемыми, в итоге эти препараты были запрещены практически во всех странах. Можно было бы предположить, что прием ЛСД будет иногда сопровождаться эрготизмом, однако случаев развития этой болезни на фоне систематического приема ЛСД почти не зафиксировано.

В базе данных медицинских и биологических публикаций Pubmed есть только одно сообщение о наблюдении периферической ишемии нижних конечностей после приема ЛСД [4]. В русскоязычных источниках интересный случай развития острой ишемии верхней конечности после приема ЛСД описывает токсиколог Шаварш Мелконян [5]. Правда, подтверждения, что ангиотрофоневроз у пациентки был следствием именно употребления ЛСД, нет, токсикологический анализ биосред на ЛСД не проводился.

Таким образом, развитие эрготизма как синдрома на фоне приема ЛСД — огромная редкость, практически казуистика. Видимо, эрготамин спорыньи и синтезированное на его основе вещество действуют по-разному. Тем не менее фармакологические механизмы и развивающаяся при воздействии ЛСД клиническая картина до настоящего времени четко не описаны, хотя этому галлюциногену посвящено большое количество специальной литературы, множество исследований и наблюдений. Если все­таки проводить параллель отравления ЛСД с эрготизмом, можно предположить, что отравление спорыньей протекает столь же многовариантно и выявить его закономерности так же трудно. Это предположение может объяснять путаницу и массу темных пятен в нашем понимании сущности «антонова огня» — загадочного заболевания с многовековой историей.

Своими глазами

Вряд ли современным врачам выпадет возможность наблюдать классический «огонь святого Антония», но кто не знает прошлого, тот не ведает будущего, поэтому наш экскурс в историю «антонова огня» может принести пользу. Например, неудержимые химики изобретут еще какое­-нибудь эдакое интересное и полезное вещество.

Литература

1. Жак ле Гофф. Цивилизация средневекового Запада. М., «Прогресс», 1992.
2. Э. Поньон. Повседневная жизнь Европы в 1000 году. М. 1999.
3. Д. Абсентис «Христианство и спорынья» (absentis.org)
4. Raval M. V., Gaba R. C., Brown K., Sato K. T., Eskandari M. K. Percutaneous transluminal angioplasty in the treatment of extensive LSD-induced lower extremity vasospasm refractory to pharmacologic therapy (www.ncbi.nlm.nih.gov)
5. Ш. Л. Мелконян. Редкий клинический случай развития эрготизма после приема LSD с коротким историческим обзором проблемы  (intmedical.ru)

Также для написания статьи были использованы ­материалы:

А. М. Черников, В. В. Мосягин. Биохимия крестовых походов // Журнал «Химия и жизнь», 1998.
И. Емельянова «Святой Антоний, свинья и колокольчик», Журнал HistoryIllustrated. history-illustrated.ru
Статья «ErgotofRye» на сайте www.botany.hawaii.edu

Найдено на сайте:
http://www.katrenstyle.ru/articles/dlya_vrachey/imenniy-sindrom/antonov_ogon

Формулы и  подписи к ним добавлены из Википедии.
Майстерний Хімік.

Опіати з дріжджів

Група біо інженерів зі Стенфорда переробила ДНК звичайних («пекарських») дріжджів так, щоб ті синтезували наркотикиопіати. У природі дріжджі роблять з цукру спирт. А тут на вході все той же простий цукор, а ось на виході кілька схожих на героїн молекул, серед яких Тебаїн і Гідрокодон. Гідрокодон родич морфіну і діюча речовина того самого знеболюючого вікодіна, який жменями ковтає доктор Хаус.

Гідрокодон. або дігідроксікодеінон – напівсинтетичний опиоид, що отримується з природних опіатів кодеїну або тебаїну. Синтезований в Німеччині в 1920 році. Гідрокодон є перорально ефективним наркотичним анальгетиком і засобом проти кашлю. Препарат діє як болезаспокійливий і сильне супрессивное засіб від кашлю. Входить до переліку наркотичних засобів, обіг яких заборонений.
Тебаїн або метіл енол ефір кодеїну. У терапевтичних цілях тебаин не використовується через високу токсичність. В ряду опійних алкалоїдів тебаин по фізіологічній дії найбільш віддалений від морфіну і є судомних отрутою, а не наркотиком. Тебаїн служить вихідною речовиною для синтезу декількох знеболюючих ліків.

Для недосвідчених людей ця новина з класу курйозів, типу «мавп навчили», «голубів навчили», тепер ось і дріжджі щось таке можуть. Однак це новина не тільки і не стільки про дріжджі і про морфіноподібні сполуки. Як демонстрація підкованою блохи означає не тільки те, що тепер вам є де взяти підковану блоху. Перш за все, опіати – це запаморочливо складні з точки зору хімічної структури молекули. У 1947 році тільки за з’ясування цієї структури дали Нобелівську премію, і знадобилося ще п’ять років, щоб хіміки навчилися синтезувати морфін з нуля – в 31 стадію, з виходом в 0,06 відсотка. Дріжджі роблять те ж саме в пробірці.

Процес перетворення дріжджів в фабрику опіатів зайняв вісім років, якщо вести відлік від першої невдалої спроби. Але за лічені місяці з моменту виходу першої статті про часткове успіху в травні (друга, про повне синтезі гідрокодону і тебаїн, була надрукована в серпні) за допомогою дріжджів змогли синтезувати ще і тетрагідроканнабінол, діючу речовину марихуани, і антималярійний препарат артемізинін.

На практиці новина означає, що тепер біотехнології будуть присутні в нашому житті в новій пропорції, хочемо ми того чи ні. Якщо потужний наркотик синтезували хіміки, то людина з дрібкою наркотику, вкраденого з лабораторії, мав саме що щіпку наркотику. А людина з дрібкою генно-модифікованих дріжджів має запас наркотику на багато років для себе, сусіднього під’їзду і всього району, тому що дріжджі – живий організм, який вміє розмножуватися, і їм можна поділитися, як пенсіонери діляться чайним грибом, а сам процес синтезу не складніше, ніж варіння пива. Значить, і запобігати його потрібно буде якимись новими способами, правилами і законами, які абсолютно незрозуміло як позначаться на долі біоінженерії. Або змиритися з тим, що готові біомашина для виробництва наркотиків або патентованих ліків будуть поширюватися так само непідконтрольний, як неліцензійні копії фільмів і музики в торрент-мережах.

Знайдено в мережі.

Оригінальна наукова стаття:

Science 04 Sep 2015:
Vol. 349, Issue 6252, pp. 1095-1100
DOI: 10.1126/science.aac9373

Коментарі.

Фантазіям недосвідчених журналістів немає меж. Їм здається, що скоро все люди почнуть вирощувати опіати прямо у себе на кухні у діжках. Крім того, про що журналісти не згадали, кількості, отримані вченими в даний час абсолютно нікчемні, порівняно з тими, які б знадобилися для комерційного застосування.
Однак, навіть якщо буде розроблена комерційна культура дріжджів, все не так просто, такі культури  дуже чутливі до умов вирощування. І навіть тоді, витяг цільових продуктів є дуже трудомістким процесом, що не автоматизувати на кухні. Дуже сумнівно, що хтось буде палити біотехнологічну реакційну суміш або колоти її в вену, хіба що самогубці. А якщо випити реакційну суміш, то крім гарантованої діареї навряд чи можна отримати інше задоволення. Щось я не пригадую, щоб хтось робив навіть пиво у себе вдома. А в приготування бражки для самогону використовують найпростіші і стійкі пекарські дріжджі, які мало відрізняються від диких.
Набагато важливіше, що такими методами можна отримувати найважливіші ліки або напівпродукти для їх виготовлення. Це тоді буде великим досягненням.
Майстерний Хімік

 

Death by Peroxide for Cancer Cells

Author: Adrian Neal
Copyright: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
Source / Publisher: ACS Chemical Biology/ACS Publications
Associated Societies: American Chemical Society (ACS), USA

Organic peroxides are not the first compounds that spring to mind when developing drugs, and they are often excluded from screening assays because of their perceived instability. Nature provides us with limited examples of biologically active peroxides, including the antimalarial drug artemisinin and the 1,2-dioxolane-containing plakinic acids.

Using these compounds as inspiration for their search for anticancer drugs, William Carroll, Keith Woerpel, and colleagues, New York University, USA, tested different 1,2-dioxolanes for cytotoxicity in 59 cell lines. Cytotoxic compounds often work by inducing programmed cell death (apoptosis), however, drug-resistant tumors can get around this. The most promising candidate in the screening (pictured) acted by a different mechanism known as ferroptosis, an iron-dependent pathway. Many cancer cells have elevated iron levels and this compound, “ferroptosis-inducing peroxide” (FINO2), displayed selective toxicity for cancer cells over non-cancer cells, with one of its enantiomers being particularly selective.

Compounds that act by unusual mechanisms are valuable and the researchers present evidence that FINO2 might work against tumors on which traditional drugs fail. Furthermore, like artemisinin, FINO2 is thermally stable, which suggests that organic peroxides should perhaps not be routinely excluded from screening for new drug candidates.

Found there


Espresso – A Three-Step Preparation

Klaus Roth

The production of a cup of espresso would appear to be a simple three-step process: green coffee beans are heated dry (roasting), then ground to a fine consistency, and finally extracted under pressure with hot water.

The basic approach is repeated over 50 million times each day, but unfortunately not always with optimal results. This should really be no surprise since the metamorphosis of a mere 50 coffee beans into a cup of espresso is the purest chemistry – and no culinary masterpiece can be achieved without a basic knowledge of chemistry.

The term espresso is derived from the Italian for the verb “express” in the sense of “to force a liquid out of something by squeezing or pressing”. In other words, a distinction is being made from all other forms of coffee preparation: pressure is used to force water near the boiling point through a layer of coffee powder.

But observe the man (or woman) operating the espresso machine: First a sieve holder is released and an old batch of coffee grounds is knocked out into a special drawer. Next, precisely 6.5 g of finely ground coffee powder is introduced into the sieve holder and then pressed firmly so as to achieve a uniform distribution. Now the sieve holder is clamped in place, the pressure valve is opened, and extraction begins. After a few seconds the first aromatic espresso flows into a prewarmed cup, and within about 30 seconds the process is complete.

We begin by considering the starting material [1]: red berries from the two coffee shrubs Coffea arabica and Coffea canephora var. Robusta. Each berry is roughly 1.5 cm in diameter, and contains two yellow-green beans. Average chemical compositions for green and roasted coffee beans are provided in Tab. 1 [2].

Step 1. Roasting – critical with respect to both aroma and flavor

In the first reaction step, green, astringent-tasting raw coffee beans are transformed into the familiar brown, aromatic beans. Up to a temperature of 150 °C the beans simply lose water; true roasting begins only above 160 °C. Chemical reactions — incalculable in number — then take place, and the constitution of the beans changes. The principal product is in fact carbon dioxide. For every kilogram of beans, as much as 12 L of CO2 will be released!

Since, during the roasting process, the very thick cell walls of the beans remain intact, released CO2 causes pressure within the cells to increase to as much as 25 bar. In other words, the chemical roasting reactions take place between 160 and 240 °C in tens of thousands of mini-autoclaves. It should come as no surprise that, under these harsh conditions, thousands of new compounds are produced in the course of thermal decomposition of the over 700 so far identified components of green coffee beans, as well as of the many polymeric storage and skeletal components [3]. From a chemical standpoint, coffee is actually the most complex beverage we consume.

Figure 1 shows compounds that have reacted during the roasting process. The most reactive are free amino acids and simple sugars like glucose, galactose, and arabinose, as well as the disaccharide saccharose (cane sugar). With increasing temperature, trigonelline 2 and the chlorogenic acids 4 are largely decomposed as well, whereas lipids and caffeine are nearly unaffected by roasting.

Chlorogenic acids are esters comprised of quinic acid 3 as the alcohol part and a p-substituted p-hydroxycinnamic acid as the acidic component. The principal representative is chlorogenic acid itself, 4. The name chlorogenic acid stems from a green color observed in the course of its alkaline oxidation, a reaction discovered in the 19th Century.

The various brown to black pigments arise through a confusing reaction cascade [4], still not clarified in detail, in which simple sugars like glucose and arabinose, for example, form caramel-like products that can in turn react further with chlorogenic acids to give red to brownish-black humic acids. Parallel to this, free amino acids react with the saccharides by way of Mailard reactions [5] to yield yellow to brownish-black melanoidins. Overall, pigment formation involves substances in every compound class, with the exception of caffeine and the fats.

The roasting process plays a decisive role with respect to both aroma and flavour. Although espresso could in principle be prepared from any coffee roast, the more darkly roasted beans are preferred, in which components have undergone more complete thermal decomposition. As a consequence, the proportion of astringent-tasting chlorogenic acids 4 is decreased [6], which explains the softer taste of espresso relative to less strongly roasted coffees. Also, trigonelline 2 is heavily decomposed, producing a multitude of heterocyclic compounds, which in turn contribute to the powerful roasted aroma. Worth noting is development in the process of the vitamin nicotinic acid (niacin) 5. Drinking a cup of espresso actually supplies roughly 15 % of the recommended daily dose of this vitamin!

Step 2: Grinding – which increases the surface area available for extraction

After roasting, the interior of the coffee beans is full of carbon dioxide as a result of decarboxylation reactions. This serves as a protective gas, preventing undesirable oxidation of aromatic components. Only over the course of several weeks after roasting is the CO2 displaced by air, allowing oxygen to pursue its oxidative mischief: the coffee ages and becomes musty. Grinding releases the protective carbon dioxide, permitting oxidation reactions to begin immediately. Thus, a good cup of espresso can only be prepared from freshly ground coffee.

Mechanical grinding of coffee serves to greatly increase its surface area, which in turn facilitates the extraction process. The coffee also becomes heated during grinding, however, and poor milling practices allow temperatures as high as 100 °C to be attained. A good coffee mill is so constructed that the warming phase persists for only a few seconds, and the rise in temperature of the mill’s grist is minimized. The coffee mill is in fact just as important for the quality of espresso as the espresso machine itself. In home brewing this is the place that most often suffers from false economising.

Coffee powder for the preparation of espresso should have a particle size in the range 0.3 – 0.4 mm (ordinary filter coffee: 0.4 – 0.6 mm), although the goal is not to achieve homogeneity. On the contrary: only a broad distribution of particle sizes guarantees an optimal throughput time for the hot, pressurized water.

Step 3: Extraction – of the most desirable components, from a sensory standpoint

Passage of a solvent (hot water) through a solid phase (coffee powder) under pressure is very simple from an apparatus perspective, and is reminiscent in some ways of high-pressure liquid chromatography (HPLC). For laminar flow of a solvent through a cylindrical column (radius r, length L) filled with porous particles (diameter d), Darcy’s law permits derivation of the following expression for approximating the relationship between pressure difference and volume velocity V/t [7, 8]:

Such boundary conditions as amount of coffee, water temperature, diameter of the filter, applied pressure, and extraction time have been optimized empirically in thousands of Italian espresso bars over decades.

Current established standards are:

  • Filter radius 3.5 cm,
  • Quantity of water 30 mL,
  • Coffee powder 6.5 ± 1.5 g,
  • Pressure 9 ± 2 bar,
  • Water temperature 90 ± 5 °C.

Prior to extraction the coffee powder is dry, so it takes several seconds before the first espresso trickles into the cup. After that, one would expect a constant volume velocity to be established, which, with the proper particle size and machine dimensions, would lead to the desired cupful of espresso in 30 ± 5 s. Figure 2 displays a set of actual experimental findings.
Somewhat sheepishly, it must be acknowledged that preparation of a cup of espresso is evidently much more complicated than a typical high-pressure chromatography run, since the theoretical predictions don’t correspond at all with practice.

So where is the error in reasoning? The following brilliant experiment, devised by Baldini and Petracco [9], sets us on the right track:

The extraction process is interrupted after 12 s, the filter cake is inverted through 180°, after which extraction is resumed. Following this step, which amounts to a reversal of the flow direction, an identical flow profile is registered (see Fig. 2). It follows that neither the extraction itself nor swelling of the coffee powder is responsible for the observed phenomenon, but rather some sort of time-dependent hydraulic resistance.

A glance through a microscope reveals that grist from the coffee mill is not homogeneous (see Fig. 3). Under the applied pressure, as a water front moves it carries with it the smallest coffee particles, which then travel past the larger ones to congregate at the bottom of the layer of coffee powder. The resulting partial blockage leads to an increase in hydraulic resistance, and the flow velocity decreases (see Figs. 2a, b). In the experiment described, if the flow direction is now reversed, small particles again move in the flow direction (see Fig. 2c). At first the hydraulic pressure decreases, because the “blockage” disappears (see Fig. 2d) until small particles once again collect — at the other end — and hydraulic resistance increases once more (see Fig. 2e).

But the chemical processes occurring in an espresso machine are even more complex. During the brief extraction period, equilibrium cannot be established between the phases, and only 75 % of the highly soluble caffeine is extracted. This incomplete extraction would at first appear to be a shortcoming, but in fact perfection lies in this defect: many components with undesirable sensory effects are left behind, as a result of which espresso is more readily digestible than ordinary brewed filter coffee.

It is not just water-soluble compounds that are extracted; the hot water also causes the melting of lipids that have diffused to the surface after roasting, and the rapid streaming between coffee particles leads to formation of a fine lipid emulsion, with drop sizes between 0.5 and 1.0 µm. Dissolved in these fat droplets are aromatic substances that would otherwise evaporate upon departure of the hot liquid.

But there is no need to worry. The fat content of espresso is very low, and even those obsessed with such things have absolutely no reason to suffer a guilty conscience over a mere 9 kcal.

Prof. Klaus Roth
Freie Universität Berlin, Germany.
The article has been published in German in:
Chem. Unserer Zeit 2003, 37 (3), 215–217.

References

  1. H. G. Maier, Chem. unserer Zeit 1984, 18, 17. DOI: 10.1002/ciuz.19840180103
  2. A. Illy, R.Viani, Espresso Coffee: The Chemistry of Quality, Academic Press, London 1998.
  3. I. Flament, Coffee Flavor Chemistry, John Wiley & Sons, Chichester 2002.
  4. R. Viani, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A 7, Wiley-VCH, Weinheim 1996, 315–339
  5. M. Angrick, D. Rewicki, Chem. unserer Zeit 1980, 14, 149. DOI: 10.1002/ciuz.19800140503
  6. R. Viani, AU J. Technol. 2002, 6 (1), http://www.journal.au.edu/au_techno/2002/jul2002/index.html
  7. C. F. Poole, S. K. Poole, Chromatography Today, Elsevier, Amsterdam 1991.
  8. H. Engelhardt, Hochdruck-Flüssigkeits-Chromatographie, Springer, Berlin 1977.
  9. G. Baldini, M. Petracco, 7th Conf. Eur. Cons. Math. Ind. 1993, cited in [2].
  • DOI: 10.1002/chemv.201000003
  • Author: Klaus Roth
  • Published Date: 13 May 2010
  • Source / Publisher: Chemie in unserer Zeit/Wiley-VCH
  • Copyright: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

http://www.chemistryviews.org/details/ezine/694285/Espresso__A_Three-Step_Preparation.html

Related Articles

  • News: Furan Flavored Coffee
  • Magazine: Coffee Fascinates Chemists
  • News: NMR Spectroscopy To Check Coffee Beans
  • Magazine: Espresso – A Feast for the Senses