The new technologies of high-throughput single-cell RNA sequencing

A wealth of genome and transcriptome data obtained using new generation sequencing (NGS) technologies for whole organisms could not answer many questions in oncology, immunology, physiology, neurobiology, zoology and other fields of science and medicine. Since the cell is the basis for the living of all unicellular and multicellular organisms, it is necessary to study the biological processes at its level. This understanding gave impetus to the development of a new direction – the creation of technologies that allow working with individual cells (single-cell technology). The rapid development of not only instruments, but also various advanced protocols for working with single cells is due to the relevance of these studies in many fields of science and medicine. Studying the features of various stages of ontogenesis, identifying patterns of cell differentiation and subsequent tissue development, conducting genomic and transcriptome analyses in various areas of medicine (especially in demand in immunology and oncology), identifying cell types and states, patterns of biochemical and physiological processes using single cell technologies, allows the comprehensive research to be conducted at a new level. The first RNA-sequencing technologies of individual cell transcriptomes (scRNA-seq) captured no more than one hundred cells at a time, which was insufficient due to the detection of high cell heterogeneity, existence of the minor cell types (which were not detected by morphology) and complex regulatory pathways. The unique techniques for isolating, capturing and sequencing transcripts of tens of thousands of cells at a time are evolving now. However, new technologies have certain differences both at the sample preparation stage and during the bioinformatics analysis. In the paper we consider the most effective methods of multiple parallel scRNA-seq using the example of 10XGenomics, as well as the specifics of such an experiment, further bioinformatics analysis of the data, future outlook and applications of new high-performance technologies

Determination of Vancomycin B and Vancomycin Impurities by Liquid Chromatography

The preferred test methods for control of product-related impurities in medicinal products are high-performance liquid chromatography (HPLC) with a fine sorbent, and ultra-performance liquid chromatography (UPLC), which allow for better chromatographic separation of active substances and related impurities, reduction of time costs, and saving of material resources. The aim of the study was to develop HPLC and UPLC test procedures and assess the chromatographic separation capacity and efficiency in order to improve determination of the main vancomycin component and related impurities. Materials and methods: vancomycin hydrochloride lyophilisate for oral solution and solution for injection, and vancomycin hydrochloride reference standard (USP RS) were used as test objects. Agilent 1290 Infinity liquid chromatography system, and Chromolith® Performance RP-18e, Kinetex C18, Nucleodur C18 Isis, Zorbax RRHD Eclipse Plus C18, and LiChrospher® RP-18 columns were used for the testing. Results: HPLC analysis using a Chromolith® column (100×4.6 mm) reduces the testing time by 10 minutes compared to the USP test procedure, and by 15 minutes compared to the British Pharmacopoeia procedure. The proposed test procedure requires less eluent and increases chromatographic separation efficiency. UPLC analysis using a Kinetex C18 column (50×4.6 mm, 2.6 μm) made it possible to reduce the testing time by two thirds compared to the British Pharmacopoeia procedure. The use of isocratic elution greatly simplified the testing. The testing time under the proposed chromatographic conditions was 10 minutes. Conclusions: the selected HPLC and UPLC test conditions made it possible to significantly reduce the time of testing, minimise the use of expensive reagents, and increase efficiency of chromatographic separation in the determination of vancomycin impurities and the main component Vancomycin B

Glycopeptide antibiotics: structural and functional aspects, human medicinal use, and standardisation

In recent years, glycopeptide antibiotics have been widely used to treat severe bacterial infections. The long-term use of first-generation antibiotics of this group (vancomycin, teicoplanin) has contributed to the emergence of bacteria resistant to them. The problem of resistance has motivated the development of three new glycopeptide antibiotics: dalbavancin, telavancin, and oritavancin. The aim of this study was to consolidate and analyse the data from literature and current quality standards related to glycopeptide antibiotics. The article presents basic information about the discovery of glycopeptide antibiotics of natural origin (vancomycin, teicoplanin) and their derivatives (telavancin, oritavancin, dalbavancin). It briefly characterises the structures of the glycopeptide antibiotics under consideration and describes their main properties, application, and distribution in the pharmaceutical market. The article also gives information on the spectra of antibacterial activity of vancomycin, teicoplanin, and their semi-synthetic derivatives. It considers approaches to vancomycin and teicoplanin standardisation and covers the main requirements of leading pharmacopoeias for the quality of vancomycin, teicoplanin, and the corresponding medicinal products. According to the study results, glycopeptide antibiotics are still widely prescribed because of their high effectiveness in diseases caused by Gram-positive bacteria. However, at present, leading pharmacopoeias have developed and implemented quality standards only for two antibiotics of the group: vancomycin and teicoplanin. According to the results of literature consolidation, further modification of glycopeptide antibiotics is aimed at creating compounds characterised by prolonged action and greater effectiveness against pathogenic microorganisms. Thus, the attention of researchers should be directed to further standardisation of the newest derivatives of glycopeptide antibiotics: telavancin, oritavancin, and dalbavancin

Определение ванкомицина В и родственных примесей ванкомицина с использованием жидкостной хроматографии

The preferred test methods for control of product-related impurities in medicinal products are high-performance liquid chromatography (HPLC) with a fine sorbent, and ultra-performance liquid chromatography (UPLC), which allow for better chromatographic separation of active substances and related impurities, reduction of time costs, and saving of material resources. The aim of the study was to develop HPLC and UPLC test procedures and assess the chromatographic separation capacity and efficiency in order to improve determination of the main vancomycin component and related impurities. Materials and methods: vancomycin hydrochloride lyophilisate for oral solution and solution for injection, and vancomycin hydrochloride reference standard (USP RS) were used as test objects. Agilent 1290 Infinity liquid chromatography system, and Chromolith® Performance RP-18e, Kinetex C18, Nucleodur C18 Isis, Zorbax RRHD Eclipse Plus C18, and LiChrospher® RP-18 columns were used for the testing. Results: HPLC analysis using a Chromolith® column (100×4.6 mm) reduces the testing time by 10 minutes compared to the USP test procedure, and by 15 minutes compared to the British Pharmacopoeia procedure. The proposed test procedure requires less eluent and increases chromatographic separation efficiency. UPLC analysis using a Kinetex C18 column (50×4.6 mm, 2.6 μm) made it possible to reduce the testing time by two thirds compared to the British Pharmacopoeia procedure. The use of isocratic elution greatly simplified the testing. The testing time under the proposed chromatographic conditions was 10 minutes. Conclusions: the selected HPLC and UPLC test conditions made it possible to significantly reduce the time of testing, minimise the use of expensive reagents, and increase efficiency of chromatographic separation in the determination of vancomycin impurities and the main component Vancomycin B.При оценке качества лекарственных средств по содержанию родственных примесей предпочтительным является использование методов высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с применением мелкодисперсного сорбента и ультраэффективной жидкостной хроматографии (УЭЖХ), которые позволяют повысить эффективность хроматографического разделения действующих веществ и их родственных примесей, уменьшить временные затраты, оптимизировать использование материальных ресурсов. Цель работы: разработка методик определения основного компонента ванкомицина и его родственных примесей с применением ВЭЖХ и УЭЖХ для оптимизации проведения испытаний с оценкой разделительной способности хроматографической системы и ее эффективности. Материалы и методы: в качестве объекта исследований использовали препарат ванкомицина гидрохлорида в форме лиофилизата для приготовления раствора для инъекций и приема внутрь и стандартный образец ванкомицина гидрохлорида квалификации USP RS. Испытания проводили на жидкостном хроматографе Agilent 1290 Infinity с использованием хроматографических колонок Chromolith® Performance RP-18e, Kinetex С18, Nucleodur С18 Isis, Zorbax RRHD Eclipse Plus C18 и LiChrospher® RP-18. Результаты: при проведении анализа методом ВЭЖХ с использованием колонки Chromolith® (100×4,6 мм) время анализа сокращается на 10 мин по сравнению с методикой, описанной в Фармакопее США, и на 15 мин по сравнению с методикой, описанной в Британской фармакопее. Предлагаемая методика требует меньшего расхода элюента при возрастании эффективности хроматографического разделения. Применение УЭЖХ с использованием колонки Kinetex С18 (50×4,6 мм, 2,6 мкм) позволило сократить время анализа в 3 раза по сравнению с методикой, описанной в Британской фармакопее и использовать изократическое элюирование, что значительно упростило анализ. Время анализа в предлагаемых условиях хроматографирования составило 10 мин. Выводы: выбраны условия проведения испытания для методик ВЭЖХ и УЭЖХ, которые позволили значительно уменьшить время анализа, свести к минимуму расход дорогостоящих реагентов, увеличить эффективность хроматографического разделения при определении родственных примесей ванкомицина и его основного компонента – ванкомицина В

Гликопептидные антибиотики: структурно-функциональные аспекты, применение в медицине и стандартизация

In recent years, glycopeptide antibiotics have been widely used to treat severe bacterial infections. The long-term use of first-generation antibiotics of this group (vancomycin, teicoplanin) has contributed to the emergence of bacteria resistant to them. The problem of resistance has motivated the development of three new glycopeptide antibiotics: dalbavancin, telavancin, and oritavancin. The aim of this study was to consolidate and analyse the data from literature and current quality standards related to glycopeptide antibiotics. The article presents basic information about the discovery of glycopeptide antibiotics of natural origin (vancomycin, teicoplanin) and their derivatives (telavancin, oritavancin, dalbavancin). It briefly characterises the structures of the glycopeptide antibiotics under consideration and describes their main properties, application, and distribution in the pharmaceutical market. The article also gives information on the spectra of antibacterial activity of vancomycin, teicoplanin, and their semi-synthetic derivatives. It considers approaches to vancomycin and teicoplanin standardisation and covers the main requirements of leading pharmacopoeias for the quality of vancomycin, teicoplanin, and the corresponding medicinal products. According to the study results, glycopeptide antibiotics are still widely prescribed because of their high effectiveness in diseases caused by Gram-positive bacteria. However, at present, leading pharmacopoeias have developed and implemented quality standards only for two antibiotics of the group: vancomycin and teicoplanin. According to the results of literature consolidation, further modification of glycopeptide antibiotics is aimed at creating compounds characterised by prolonged action and greater effectiveness against pathogenic microorganisms. Thus, the attention of researchers should be directed to further standardisation of the newest derivatives of glycopeptide antibiotics: telavancin, oritavancin, and dalbavancin.В последние годы для лечения тяжелых бактериальных инфекций широко применяются гликопептидные антибиотики. Длительное использование в медицинской практике антибиотиков первого поколения этой группы соединений (ванкомицин и тейкопланин) способствовало появлению устойчивых к ним бактерий. Для решения проблемы резистентности были разработаны три новых гликопептидных антибиотика: далбаванцин, телаванцин и оритаванцин. Цель работы — анализ и обобщение данных литературы и действующих стандартов качества, касающихся антибиотиков гликопептидной природы. В работе приведены основные сведения об истории открытия антибиотиков-гликопептидов природного происхождения (ванкомицин, тейкопланин) и их производных (телаванцин, оритаванцин, далбаванцин). Охарактеризована структура гликопептидных антибиотиков, описаны их основные свойства, применение и распространение на фармацевтическом рынке. Приведена информация о спектре антибактериальной активности ванкомицина, тейкопланина и их полусинтетических производных. Рассмотрены подходы к стандартизации ванкомицина и тейкопланина, приведены основные требования ведущих фармакопей к качеству ванкомицина, тейкопланина и препаратов на их основе. Проведенное исследование показало, что гликопептидные антибиотики продолжают оставаться крайне востребованными благодаря высокой эффективности при лечении заболеваний, вызванных грамположительными бактериями. Однако на настоящий момент разработаны и введены в ведущие зарубежные фармакопеи стандарты качества только на два представителя этой группы антибиотиков: ванкомицин и тейкопланин. Обобщение данных литературных источников показало, что дальнейшая разработка модификаций гликопептидных антибиотиков направлена на создание соединений, характеризующихся пролонгированным действием и большей эффективностью действия против патогенных микроорганизмов. Таким образом, внимание исследователей должно быть направлено на дальнейшую стандартизацию новейших производных гликопептидных антибиотиков: телаванцин, оритаванцин и далбаванцин

Controlled Transformation of Electrical, Magnetic and Optical Material Properties by Ion Beams

Key circumstance of radical progress for technology of XXI century is the development of a technique which provides controllable producing three-dimensional patterns incorporating regions of nanometer sizes and required physical and chemical properties. Our paper for the first time proposes the method of purposeful direct transformation of the most important substance physical properties, such as electrical, magnetic, optical and others by controllable modification of solid state atomic constitution. The basis of the new technology is discovered by us effect of selective atom removing out of thin di- and polyatomic films by beams of accelerated particles. Potentials of that technique have been investigated and confirmed by our numerous experiments. It has been shown, particularly, that selective atom removing allows to transform in a controllable way insulators into metals, non-magnetics into magnetics, to change radically optical features and some other properties of materials. The opportunity to remove selectively atoms of a certain sort out of solid state compounds is, as such, of great interest in creating technology associated primarily with needs of nanoelectronics as well as many other "nano-problems" of XXI century.Comment: 22 pages, PDF, 9 figure

Влияние различных источников света на продукционный процесс томата в интенсивной светокультуре

Introduction. The development of ideas about the influence of the light environment - the radiation spectrum, intensity and duration of exposure, on the physiology of plants, serves as the basis for the creation of effective light sources for protected ground.Purpose. Comparative test of the influence of a light environment with different spectral composition on the productivity and quality of tomatoes in conditions of intensive photo culture.Methods. Investigations were made under controlled conditions of intensive photoculture when growing dwarf tomatoes of the variety Natasha selections of the “Federal Scientific Vegetable Center” on thin-layer soil analogs with the supply of a nutrient solution to the plant roots through a slit capillary in vegetative light installations developed at the ARI. The light sources were high-pressure sodium lamps and LED lamps SD1, SD2, and SD3 with different emission spectra. Results. Tomatoes of the Natasha variety, illuminated during development with HPS lamps, formed almost the same yield with an average fruit weight of 42.5 kg/m2 per layer per year. Natasha tomato grown under LED lamps showed a tendency to lower productivity by 29% under SD1 and by 8% under SD2 and higher by 19% under underSD3 compared to that under HPS lamps. A comparative assessment of the biochemical composition of tomato fruits indicates their high quality under all tested light sources.Conclusion. Cultivation of dwarf tomato varieties on thin-layer soil analogs showed the best results in terms of productivity with good quality plant products under LED lamps SD3 with a radiation spectrum close to sunlight.Введение. Развитие представлений о влиянии световой среды – спектра излучения, интенсивности и продолжительности воздействия, на физиологию растений, служит основой для создания эффективных источников света для защищенного грунта.Цель. Сравнительное испытание влияния световой среды с различным спектральным составом на продуктивность и качество томатов в условиях интенсивной светокультуры.Методы. Исследования проводили в регулируемых условиях интенсивной светокультуры при выращивании томата карликового сорта Наташа селекции ФГБНУ «Федеральный центр овощеводства» на тонкослойных аналогах почвы (ТАП) с подачей питательного раствора к корням растений по щелевому капилляру в вегетационных светоустановках, разработанных в ФГБНУ АФИ. Источниками света служили натриевые лампы высокого давления и светодиодные светильники СД1, СД2 и СД3с различными спектрами излучения.Результаты. Растения томата сорта Наташа, освещаемый в процессе развития лампами ДНаЗ, сформировали практически одинаковую урожайность со средней массой плодов 42,5 кг/м2 с одного яруса в год. Выращенные под светодиодными светильниками растения томата сорта Наташа показали тенденцию к более низкой продуктивности на 29% под СД1 и на 8% –под СД2 и более высокой – на 19% под СД3 по сравнению с таковой под лампами ДНаЗ. Сравнительная оценка биохимического состава плодов томата свидетельствует о высоком их качестве под всеми тестируемыми источниками света.Заключение. Культивирование растений карликовых сортов томата на ТАП показало наилучшие результаты по продуктивности при хорошем качестве растительной продукции под светодиодными светильниками СД3 со спектром излучения, близким к солнечному свету

МЕТОД КОНТРОЛЮ ЦІЛІСНОСТІ ПЕРЕДАНИХ БЛОКІВ ІНФОРМАЦІЇ

Context. For the proper operation of the hardware and software systems, it is necessary that the hardware component receives data only from the corresponding software. Otherwise, the data received from extraneous programs that can be perceived and processed by the device, which can lead to errors in the operation of the device or even a complete loss of its functionality or data. Objective. In order to increase the reliability of legal software data and identify the challenges of the transfer of blocks, this article focuses on a comprehensive study of the problems arising from the transmission of information in the form of separate data blocks. Method. The methods of integrity control in modes of transmission are described. The method based on hashes and block delivery time is analyzed in detail, analysis the methods of reducing the probability of errors occurring in the receiver and the possibility of reducing the reception of the extraneous blocks when receiving individual blocks of information. This is done by using a set of mathematical equations. And measure the extent of the effect of intensity of receiving extraneous blocks and hash field length.Results. In the process of analyzing systems in which information is transmitted by block, when using the method of formation of information chains based on the method the hashes and the delivery time of the block, where we note, when the value of the hash field is equal to 6 or more, the probability of occurrence of duplicate branches is acceptably low. Where, when hash field more then 6, the parameter of length of a chain practically does not affect the final probability of constructing a chain from the extraneous blocks. The very same value of the probability of constructing a false chain, the length exceeding the chain of legal blocks at hash field more 6 is about1 10–3, which it’s acceptable for real information transmission systems.Conclusions. Based on the analysis, we can conclude that in systems in which information is transmitted block by block, when using the method of generating information chains based on the hash and block arrival time, with a hash field of 6 or more, the probability of occurrence of duplicate branches is acceptably low. Актуальность. В статье уделяется внимание всестороннему изучению проблем, возникающих при передаче информации в виде отдельных блоков данных (кадров, фреймов).Метод. Описаны методы контроля целостности в таких способах передачи. Детально рассмотрен метод на основе хешей и времени доставки блока, проанализированы методы снижения вероятности ошибок, возникающих в приёмнике при приёме отдельных блоков информации.Результаты. В процессе анализа систем, в которых информация передается по блокам, при использовании метода формирования информационных цепочек на основе метода хэшей и время доставки блока, где мы отмечаем, когда значение хеш-поля равно до 6 или более, вероятность появления дублирующих ветвей является приемлемо низкой. Когда хеш-поле больше 6, параметр длины цепочки практически не влияет на конечную вероятность построения цепочки из посторонних блоков. Само же значение вероятности построения ложной цепочки, длина которой превышает цепочку допустимых блоков в хэш-поле больше 6, составляет примерно 10–3, что приемлемо для реальных систем передачи информации.Выводы. На основе проведенного анализа можно сделать вывод, что в системах, в которых информация передаётся поблоково, при использовании метода формирования информационных цепочек на основе хеша и времени поступления блока, при величине поля хеша от 6 и более вероятность возникновения дублирующих ветвей приемлемо низка. Актуальність. У статті приділено увагу всебічному вивченню проблем, що викликають передачу інформації у вигляді окремих блоків даних (кадрів, фреймів).Метод. Описані методи контролю цілості у таких способах передачі. Детально розглянуто метод на основі ґешів і часу доставки блоку, проаналізованих методами зниження ймовірності помилок, відновлюючих прийомів при приєднанні окремих блоків інформації.Результати. У процесі аналізу систем, в яких інформація передається блоком, при використанні методу формування інформаційних ланцюгів на основі методу хешів і часу доставки блоку, де ми зазначаємо, коли значення ґеш-поля дорівнює  6 і більше, ймовірність появи повторюваних гілок є прийнятно низькою. Де, коли ґеш-поле більше 6, параметр довжини ланцюга практично не впливає на остаточну ймовірність побудови ланцюга із сторонніх блоків. Саме це значення ймовірності побудови помилкового ланцюга, довжина якого перевищує ланцюжок легальних блоків у ґеш-полі більше 6 становить приблизно 10–3, що є прийнятним для реальних систем передачі інформації.Висновки. На основі проведеного аналізу можна зробити висновок, що в системах, в яких інформація передається поблоково, при використанні методу формування інформаційних ланцюжків на основі ґешу і часу надходження блоку, при величині поля ґешу від 6 і більше ймовірність виникнення дублюючих гілок є прийнятно низьклю.