Ретроны — компоненты иммунной системы бактерий
Ученые из Израиля установили, что ретроны бактерий вместе с генами эффекторных белков формируют защитную систему против фагов. Активация этой системы приводит к самоубийству зараженной клетки.
На микрофотографиях в верхнем ряду видно, как в зараженной фагом культуре E. coli, несущей ретроны, через 45 минут гибнет большая часть клеток, но остается достаточно, чтобы возобновился рост культуры. При этом фаг (красный) не выходит из мертвых клеток. В нижнем ряду видно, что при отсутствии ретрона фаг беспрепятственно выходит из погибших клеток в среду.
Credit: Институт Вейцмана | Пресс-релиз
Ретроны — это элементы генома, включающие последовательности обратной транскриптазы и некодирующей РНК. Обратная транскриптаза использует эту некодирующую РНК (нкРНК) как матрицу для ДНК. В результате формируется химерная РНК-ДНК молекула, в которой РНК и ДНК связаны ковалентно. Ретроны были открыты более 30 лет назад, однако их функция до сих пор оставалась неизвестной.
Авторы нового исследования, опубликованного в Cell, показали, что ретроны работают как часть иммунной системы бактерий. Открытие было сделано почти случайно. Ученые искали новые элементы генома бактерий, которые могут участвовать в защите от фагов. Поиск таких систем велся по обратным транскриптазам, так как известно, что они вовлечены в некоторые механизмы защиты. Оказалось, что гомологи гена определенной обратной транскриптазы широко представлены у бактерий и расположены в геноме рядом с уже известными системами защиты против фагов. Более того, ген обратной транскриптазы всегда локализован рядом с геном белка, предположительно включающего эндонуклеазный домен. Исследователи перенесли систему из этих двух генов в E. coli и подтвердили их защитную функцию против различных бактериофагов.
Между генами обратной транскриптазы и белка также обнаружился очень консервативный и при этом относительно длинный регион. Данные РНК-секвенирования показали, что он транскрибируется, а значит, соответствует нкРНК. Выбранная обратная транскриптаза имела значительную гомологию с обратными транскриптазами ретронов. Ученые предположили, что исследуемый элемент также относится к этому классу. Они предсказали вторичную структуру некодирующей РНК, похожую на уже известные структуры в ретронах, а также подтвердили, что эта РНК используется как матрица для синтеза одноцепочечной ДНК. Кроме того, мутации в гене обратной транскриптазы, нарушающие ее функцию, приводили к полному исчезновению иммунного ответа на вторжение бактериофагов.
При дальнейшем анализе исследователи выяснили, что ретрон — это часть консервативной области, включающей также гены эффекторных белков. Мутация, инактивирующая рибозилтрансферазный домен в продукте одного из этих генов, полностью нарушает защитный ответ. Некоторые эффекторы содержали белковые домены, характерные для систем, вызывающих самоубийство клетки бактерии при вторжении фага. Действительно, оказалось, что в колониях бактерий, содержащих такие ретронные системы, при заражении резко снижается рост численности или даже наблюдается общая гибель.
На следующем этапе ученые показали, что механизм защиты по крайней мере у одного типа ретронов связан с белковым комплексом RecBCD. Этот комплекс вовлечен в репарацию, иммунный ответ, приобретение новых спейсеров CRISPR-Cas-систем и формирование направляющих ДНК для защиты от чужеродных нуклеиновых кислот. Если в бактериальную клетку вторгается фаг, несущий ингибитор RecBCD, то активируется защитная система, связанная с ретроном. В результате можно видеть сильное снижение плотности колоний бактерий, что свидетельствует об их самоубийстве в результате заражения и запуска иммунного ответа.
По словам профессора Ротема Сорека, возглавляющего лабораторию в Институте Вейцмана в Реховоте (Израиль), в которой проводилось исследование, стратегия защиты бактерий напоминает иммунный ответ у растений: «Зараженные клетки растений применяют похожий метод абортивной инфекции, убивая небольшой участок листа или корня, чтобы спасти само растение. Поскольку большинство бактерий живут колониями, эта стратегия может способствовать выживанию группы даже за счет отдельных членов».
Источник
Ретроны — важная часть врожденного иммунитета бактерий
Бактерии Myxococcus xanthus (слева) нападают на колонию кишечных палочек (Escherichia coli). Отдельные палочковидные миксококки координируют свои действия, группируются и сообща надвигаются на скопления других бактерий, окружают их и разрушают. У миксококков для этого имеется богатый арсенал средств защиты, нападения, коммуникации, который представляет огромный потенциал для контроля различных инфекций. За это немецкие микробиологи присудили M. xanthus громкое звание «бактерии 2020 года». Фото с сайта hygiene-in-practice.com
Израильские ученые в ходе многоступенчатых экспериментов расшифровали функции и механизм работы ретронов — загадочных генетических элементов у бактерий. Ретроны кодируют химерную молекулу, состоящую из РНК и одноцепочечной ДНК, и вместе с ними — ген обратной транскриптазы. Оставалось загадкой, зачем бактерии такие странные химеры. Как выяснилось, они осуществляют широкую противовирусную защиту бактерий. В отличие от системы приобретенного иммунитета, связанного с системой CRISPR, ретроны являются одной из частей врожденного иммунитета у бактерий. В состав ретронов помимо предшественника комплекса из РНК и ДНК, а также обратной транскриптазы, входит ген эффекторного белка. При инфицировании бактериальной клетки этот эффектор активируется и очень быстро убивает клетку, так что вирусы не успевают размножиться и заразить соседей. Данное исследование показывает широчайшие перспективы возможного использования ретронной системы для решения как медицинских задач, так и для понимания эволюции живого мира.
В концу 80-х годов прошлого века в цитоплазме интересной социальной бактерии Myxococcus xanthus были обнаружены многочисленные копии одноцепочечной ДНК, не связанные с ее кольцевой ДНК. При этом каждый такой кусочек ДНК был двумя концами прицеплен к фрагменту РНК. Стало еще интереснее, когда выяснилось, что эта ДНК считывается с РНК, а не наоборот — РНК с ДНК. Этот комплекс получил наименование msДНК (msDNA) — сокращение от multicopy single-stranded DNA.
Считывание ДНК с РНК катализируется особым ферментом — обратной транскриптазой (этот фермент также называют ретро-транскриптазой). Оказалось, что в геноме бактерий эта обратная транскриптаза считывается вместе с предшественником msДНК, составляя один оперон. Такой оперон назвали ретроном (retrone), обратная транскриптаза нужна здесь для превращения РНК-предшественника в полноценную msДНК. Однако назначение странного химерного комплекса из одноцепочечной ДНК и РНК оставалось загадкой. Было ясно лишь, что эту химеру не следует относить к мобильным элементам, так как в отличие от мобильных элементов ретроны «прописаны» в бактериальной ДНК и не перемещаются из клетки в клетку. У бактерий найдены десятки ретронов, различающиеся своей ДНК-последовательностью.
Синтез химерной РНК-ДНК молекулы (msДНК). РНК показана красным цветом, одноцепочечная ДНК — черным цветом. А — РНК сворачивается в петлю, формируя доступную валентную связь с остатком гуанозина; в этой конфигурации она становится доступной для обратной транскриптазы. В — от остатка гуанозина стартует синтез цепочки ДНК, он катализируется обратной транскриптазой. Одновременно происходит деградация комплементарных нуклеотидов цепочки РНК. С — синтез заканчивается, конец цепочки ДНК остается комплементарно присоединенным к нескольким нуклеотидам на конце РНК. Схема с сайта en.wikipedia.org
Группа специалистов из института Вейцмана (Израиль) под руководством Ротема Сорека (Rotem Sorek) наконец разгадали функцию (или, вероятно, одну из функций) этой загадочной композиции. Забегая вперед, замечу, что эта химерная молекула служит для защиты от вирусной инфекции. Если CRISPR-система обеспечивает бактерии приобретенный иммунитет, то действие msДНК похоже на врожденный иммунитет.
Итак, в чем суть исследования (изложенного на редкость ясно и последовательно в порядке развития самой идеи).
Ученые начали с поиска ретро-транскриптаз в клетках модельного штамма E. coli. Особое внимание они уделили так называемым «островкам защиты», участкам ДНК, где сосредоточены гены, кодирующие инструменты противостояния разным инфекциям. На этих островках располагаются, например, гены CRISPR. Действительно, на этих участках нашелся ген ретро-транскриптазы, имеющий, как показал поиск в базах данных, аналоги у множества других бактерий. Вместе с ним считывался и ген эндонуклеазы (она разрезает ДНК на кусочки). Между ретро-транскриптазой и эндонуклеазой располагался предшественник msДНК. Иными словами, ученые выявили ретрон.
Естественно было предположить, что этот ретрон вместе с эндонуклеазой, раз они находятся в пределах «островка защиты», выполняют вместе какую-то защитную функцию. Чтобы это доказать, использовали три изготовленных штамма: с мутантной РНК-частью, с мутацией в точке начала обратной транскрипции ДНК (то есть у мутанта отсутствовала ДНК-часть химерной молекулы) и с мутантной эндонуклеазой. Все три варианта показали низкую или нулевую резистентность к предъявленным типам вирусов, зато исходный штамм к этим вирусам был устойчив. Так было доказано, что данная связка «ретрон + эндонуклеаза» нужна для защиты от вирусной инфекции, и что эта защита обеспечивается всем комплексом (РНК + ДНК + эндонуклеаза), а не его отдельными компонентами.
Следующий вопрос, логично вытекающий из предыдущего заключения: можно ли защитную функцию конкретного ретрона распространять на остальные ретроны? Ведь вполне вероятно, что защитной функцией обладает лишь один из них. Ответ был утвердительный: «да, можно, защитную функцию выполняет большинство ретронов». Это выяснили, когда поискали гомологи обратных транскриптаз, входящих в состав известных ретронов в геномах 38 167 бактерий и архей. Нашлись 4802 таких гомолога, и большинство их располагается именно в пределах «островков защиты». Иными словами, ретроны идут в комплекте с другими защитными системами бактерий. К слову, у архей ретроны присутствуют лишь в 1% из изученных геномов, тогда как у большинства бактерий они имеются.
В ходе поиска по геномным базам данных обнаружилась еще одна важная деталь. Выяснилось, что подавляющее большинство ретронов считывается вместе с другими компонентами — эндо- и экзонуклеазами, трансмембранными белками, рибозилтрансферазой и т. д. Всего выявлено 10 типов таких ассоциированных с ретронами добавок — эффекторов. В случае с первым изученным ретроном таким эффектором послужила эндонуклеаза. Ретрон, как подчеркивают исследователи, представляет собой не двухкомпонентную систему, а трехкомпонентную, к прежним двум с необходимостью добавляется эффектор.
Теперь нужно было подтвердить защитную функцию ретронов не с помощью теории и статистики, а в реальном эксперименте. И заметьте, без скорректированного представления о строении ретрона как трехкомпонентной системы этот эксперимент никогда бы не получился. А с новым пониманием все прошло отлично. Для эксперимента взяли 11 ретронов (очевидно, вместе с их эффекторами) и вставили эти комплексы по одному в геном штамма E. coli, не имеющего никаких ретронов. Затем ученые стали заражать полученные варианты E. coli различными вирусами. Восемь вариантов показали высокую резистентность к вирусам: часть из них сработала против большинства вирусов, а часть проявила специфичную антивирусную устойчивость. Чтобы еще больше упрочить свое заключение о функции именно ретронной системы, ученые применили версию ретрона с мутацией в ретро-транскриптазе (то есть эффектор был нормальный, а у msДНК отсутствовала ДНК), а затем с мутацией в эффекторе (то есть эффектор был мутантный, а msДНК — нормальная). В обоих случаях инфекция убила штамм, защита оказалась недейственной. Вывод о защитной системе ретронов теперь выглядит надежнейше обоснованным.
Следующий поставленный вопрос: как работает эта защитная система? Авторы исследования, опираясь на известные функции некоторых эффекторов, предположили, что эта система тем или иным способом убивает зараженные клетки. В результате такого альтруистического самоубийства зараженная клетка сама погибает, но зато инфекция не передается клеткам-соседям. Это так называемая абортивная защита от инфекций (она хорошо изучена у растений).
Предположение об абортивной защите проверили опять же экспериментально. Штаммы с нормальным и мутантным ретронами заразили вирусом и посмотрели, как будет развиваться инфекция. В данном случае эффектором ретрона служил трансмембранный белок, нарушающий проницаемость клеточной мембраны. Когда он срабатывает, мембрана перестает выполнять свою функцию, и в клетку попадает все, что есть во внешней среде. Это позволило визуализировать процесс инфекции — в среду добавили флуоресцентный краситель, который в клетке приобретает красный цвет. После инфицирования вирусом клетки с мутантным ретроном стали красными через 45 минут, стенки разрушились, клетки растворились, вирусы вышли наружу — первый инфекционный цикл закончился. Клетки с нормальным ретроном покраснели уже через15 минут. При этом такие клетка погибали еще до завершения вирусного цикла, их стенки не растворились и вирусы не вышли наружу — в итоге заражение остановилось. Нужно подчеркнуть, что это лишь один из возможных способов самоубийства, ведь эффекторы у ретронов разные.
Действие одного из ретронов Ес48 (ретрон E. coli длиной 48 нуклеотидов) при заражении штаммов E. coli с нормальным ретроном (два верхних ряда) и мутантным ретроном (два нижних ряда). В среде имеется флуоресцентный краситель (пропидий йодид), который становится красным после попадания в клетку, то есть живые клетки черные, а мертвые красные. Вариант с нормальным ретроном уже через 15 минут окрашивается: клетка не успевает предоставить вирусу условия для размножения, а после смерти она остается целой. В клетки с мутантным ретроном краситель проникает лишь через 45 минут после заражения, клетка теряет целостность (краситель виден в среде вокруг клеток), вирусы выходят наружу. Рисунок из обсуждаемой статьи в Cell
Из этого вывода вытекает логично следующий вопрос: каков механизм запуска эффектора? Иными словами, что происходит между внедрением вируса и началом действия эффектора. Один из возможных посредников был найден. Им оказался белковый комплекс, имеющий наименование RecBCD. Это обязательный элемент у бактерий, так как он осуществляет репарацию ДНК, участвует во вставке новых фрагментов вирусных геномов в CRISPR-кассеты, а также является непременным участником всего остального противовирусного арсенала бактерии (в частности крошит на кусочки линейную двойную ДНК, ту самую, которую вирус впрыскивает в клетку). Так что неудивительно, что как противодействие бактериальной защите многие вирусы выработали специальные ингибиторы именно для комплекса RecBCD. Эти ингибиторы у разных вирусов разные, но их действие направлено именно на дезактивацию RecBCD.
В экспериментах с нормальными и мутантными RecBCD ученые продемонстрировали, что ретрон каким-то образом опознает, что RecBCD приведена в нерабочее состояние. И тут же активирует свой эффектор — значит, защита включена. Вероятно, процесс опознавания связан с присутствием одноцепочечной ДНК в химерной msДНК: именно с одним из ее участков умеет связываться RecBCD и с этим же сайтом связывается вирусный ингибитор, открепляя RecBCD от msДНК. Однако, как отмечают авторы, механизмы опознавания вирусной интервенции ретронами могут быть самыми разными и не обязательно сводятся к связи с RecBCD.
Ясно, что можно и дальше задавать вопросы, углублять эту тему, расширять ее, но это все же лишь одна статья. И без того она дала широчайший материал для осмысления. Где, как, при каких условиях включается врожденный иммунитет у бактерий? Почему здесь нужна такая странная химерная молекула? Как мы это можем применять ее (и можем ли) для наших медицинских задач? Все это, практически наверняка, темы ближайших будущих открытий. Я не побоюсь дать прогноз, что тема расшифровки работы ретронов станет не менее интересной и неожиданной, чем это было с системой CRISPR.
Источник
Приборы ночного видения
Рассмотренные выше оптико-механические приборы позволяют вести наблюдение при освещенности, близкой к нормальной (в светлое время суток), и при удовлетворительных погодных условиях (ясно или слабая дымка).
Естественно, что в жизни возникают ситуации, когда условия наблюдения затруднены — это вечернее или ночное время суток, чердаки, подвалы и т. п. В этих условиях неоценимую услугу могут оказать так называемые 
Рис. 1.4.8. Устройство защиты оптической системы от солнечных бликов
приборы ночного видения и тепловизоры, работающие в ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне длин волн (X = 0,8. 1 мкм).
Основное отличие между первыми и вторыми заключается в том, что тепловизоры реагируют на температурный контраст и поэтому принципиально не работают без охлаждения оптического приемника. Именно это обстоятельство говорит за то, что применение тепловизоров в интересах промышленного шпионажа маловероятно — преимущества при таком целевом назначении они дают незначительные, а по массогабаритным характеристикам существенно уступают приборам ночного видения. Так, на* пример, переносной тепловизорД-4 имеет габариты 195х212х260 мм и массу 3,4 кг, аналогичные характеристики и у прибораТМ-100. Это, примерно, в 4—10 раз больше, чем у приборов ночного видения, а «легкий и компактный» тепловизионный датчикV3900 (GEC-Masrconi Ltd — Великобритания), вообще имеет массу около 32 кг. Вследствие этого обстоятельства тепловизионные системы здесь рассматриваться не будут.
Главными достоинствами приборов ночного видения являются:
>- возможность наблюдения объекта в полной темноте или в условиях слабой освещенности;
>- меньшее по сравнению с видимой областью спектра затухание электромагнитных волн ИК-диапазона в осадках.
К недостаткам приборов следует отнести:
>- значительно худшую разрешающую способность, связанную с большой длиной волны (человека, например, можно опознать только по силуэту, так как черты лица не распознаются);
>- нечувствительность человеческого глаза к ИК-излучению.
Для того чтобы объединить достоинства оптико-механических приборов и ИК-приборов и устранить (уменьшить) недостатки последних приборы ночного видения строятся по схеме, изображенной на рис. 1.4.9.
Здесь оптико-механическая система аналогична рассмотренным выше оптико-механическим приборам, и именно она определяет такие характеристики прибора, как мгновенный угол поля зрения и кратность увеличения.
Электрооптический преобразователь преобразует ИК-излучение в видимое, выводя его на небольшой встроенный экран. Эта часть устройства принципиально не работает без источника электрического питания, что можно отнести к еще одному из недостатков приборов ночного видения. В качестве устройства фиксации изображения обычно выступает человеческий глаз или фотоаппарат.
Приборы ночного видения могут работать как в пассивном, так и в активном режиме. Пассивный режим применяется при наличии собственного излучения объекта наблюдения и в условиях слабого рассеянного излучения случайных искусственных или естественных источников, уровень которого превышает 10 -5 лк (см. рис. 1.4.16). Активный режим используется в условиях полного отсутствия освещения. Он сопровождается применением источника подсветки объекта наблюдения. Таким источником может быть лазер, например полупроводниковый или на стекле с неодимом, или специальный ИК-прожектор. Прожекторы с мощностью излучения до 100—120 Вт функционируют, как правило, от автономных источников с напряжением питания 12 В. Диапазон расстояний, подсвечиваемых такими прожекторами, варьируется в диапазоне 10. 110 м, в зависимости от мощности источника и ширины луча, вид последнего формируется специальными насадками.
Технические характеристики ряда приборов ночного видения и источников подсветки приведены ниже, а внешний вид некоторых из них — на рис. 1.4.10 и 1.4.11 соответственно.
Устройства ночного видения
РКЗОО — прибор ночного видения, предназначенный для получения фотоснимков на стандартную пленку 35 мм. Применяется с объективами, имеющими фокусное расстояние 75 мм (светосила — F 1,4), фокусное расстояние — 135 мм (светосила — F 1,8) или 180 мм (светосила — F 2,8), угол зрения — 13,7°. Габариты: диаметр — 75мм,
Рис. 1.4.9. Структурная схема прибора ночного видения
Рис. 1.4.10. Приборы ночного видения:
а — монокуляр DEDAL-0410; б — монокуляр RETRON RN-M02; в — бинокуляр RETRON RN-B03; г — активный ночной наблюдательный прибор с импульсной лазерной подсветкой; д — очки ночного видения OR 11
Рис. 1.4.11. Средства подсветки объекта наблюдения ИК-лучамк
а — лазерный источник излучения фирмы Dedal; б — инфракрасный лазерный осветительный прибор РК765; в — ИК-прожектор РК-325; г — ИК-прожекторы фирмы Dennari
длина — 350 мм; вес — 1,9 кг. Для фиксации изображения может комплексироваться с фотоаппаратом или видеокамерой.
PK1260-S — прибор ночного видения, предназначенный для получения фотоснимков объектов, находящихся на расстоянии до 10 км. Использует обычную фотопленку 35 мм.
РК1245 — прибор для наблюдения удаленных объектов в условиях слабой освещенности (до 10 -5 лк), фокусное расстояние объектива — 25 мм, светосила — F 1,4, угол зрения — 40°. Напряжение питания — 6,75 В, время непрерывной работы — 20 часов. Вес — 980 г. Выполнен в виде бинокля;PK1245-S — в виде шлем-маски.
РК305 — прибор ночного видения активного типа, предназначенный для наблюдения объектов в условиях полного отсутствия освещенности. Имеет объектив с фокусным расстоянием 135 мм и светосилой объектива F 2,8. ИК-прожектор имеет мощность 35 Вт и обеспечивает дальность наблюдения до 350 м. Собственный источник питания с напряжением 8 В обеспечивает время непрерывной работы 1,5 часа. Габариты прибора — 250х280х80 мм, вес — 1,3 кг.
Dedal-220 — монокулярный прибор ночного видения с угловым полем зрения прибора 28° в вертикальной и горизонтальной области. Диаметр объектива — 37 мм, светосила — F 1,0, кратность увеличения — 1,3. Усиление яркости изображения, создаваемое прибором, достигает 30 000. Габаритные размеры — 122х58х58, вес — 8 кг. Время непрерывной работы — 40 часов.
Dedal-040 — прибор ночного видения, выпускаемый как в монокулярном, так и бинокулярном исполнении. Угловое поле зрения прибора в зависимости от конструктивного исполнения лежит в диапазоне 14°. 17°. Диаметр объектива — 85—100 мм, светосила — F 1,5. F 2,0, кратность увеличения — 1,9. 3,2. Усиление яркости изображения, создаваемое прибором, достигает 50 000. Габаритные размеры монокуляра — 210х76х93, бинокуляра — 325х76х103 мм, вес, соответственно, 1,12 и 1,52 кг. Время непрерывной работы — 50 часов.
Spylux — прибор ночного видения индивидуального применения. Заключен в прочный и компактный корпус, дает высококонтрастное изображение с хорошим разрешением при низких уровнях освещенности. Прибор имеет окуляр с регулированием фокусировки, кнопку включения— выключения и держатель объектива типа С с адаптером, дающим возможность менять объектив в соответствии с условиями наблюдения.
Стандартно прибор поставляется с объективом диаметром 75 мм и светосилой F 1,4. Масса прибора — 0,5 кг, напряжение питания — 2,0. 5,0 В, потребляемый ток — 16 мА.
EEV Nite-Watch Plus — самый компактный и легкий из приборов ночного видения фирмы EEV (Великобритания). Его масса (с объективом и батареей) составляет 330 г, габаритные размеры — диаметр 46х120 мм. Его легко спрятать в кармане. Прибор может комплексироваться через адаптеры с различными кино-, фото- и видеокамерами. Усиление яркости в приборе составляет не менее 20 000. Продолжительность непрерывной работы от одной батареи — 3 часа. Источник питания — литиевый элемент типа DL1/3N с напряжением 2,5. 3,5 В. Потребляемый ток — 18 мА.
EEV Black Watch — прибор, специально разработанный для таких применений, как скрытое фотографирование и видеонаблюдение. Усиление яркости изображения, создаваемое прибором, достигает 2 000 000, что позволяет получать высококачественные фотографии в самых неблагоприятных условиях.
РК765 — ИК-лазер с длиной волны 0,85 мкм и мощностью излучения в импульсе 180 мВт. Имеет форму цилиндра диаметром 65 мм и длиной 200 мм, напряжение питания — 12 В.
IL-7/LR — лазерный ИК-прибор подсветки, предназначенный для использования с приборами ночного видения при очень низких уровнях освещенности. Расходимость пучка регулируется от интенсивного карандашного пучка для точечной подсветки до пучка с расходимостью 40°. Масса прибора — 130 г с батареей электропитания, габариты — 63х50х20 мм. Длина волны излучения — 0,83 мкм, минимальная выходная мощность — 15 мВт. Электропитание — батарея литиевых элементов типа АА с напряжением 3,5 В. Продолжительность непрерывной работы — 5—20 часов.
PK1420-S — ИК-прожектор, предназначенный для подсветки фотографируемого объекта ИК-лучами. Дальность подсветки — 10—100 м. Диаметр прибора — 130 мм, длина — 240 мм, вес — 720 г.
РК325 — ИК-прожектор, работающий в диапазоне длин волн 0,82. 0,98 мкм. Мощность — 110 Вт, дальность подсветки достигает 500 м. Напряжение питания — 220/110/12 В. Габариты: диаметр — 260 мм, длина — 200 мм. Вес — 2 кг.
Minilight 500 — миниатюрный ИК-излучатель на основе галогенной дихроичной лампы. В зависимости от модификации мощность лампы может быть 20 или 50 Вт. Напряжение питания — 12В. ИК-фильтр, предназначенный для задержки видимого света, пропускает излучение с длиной волны 0,84 мкм. Размеры источника излучения — 65х65х115 мм, масса — 350 г.
AVS IR-1/48V — светодиодный ИК-излучатель с длиной волны излучения 0,88 мкм. Минимальная дальность подсветки — 70 м, расходимость пучка — 30°, потребляемая мощность — 48 Вт. Питание осуществляется от источника постоянного напряжения 10—14 В. Габаритные размеры — 160х160х100 мм.
При ведении наблюдения с использованием приборов ночного видения необходимо учитывать следующие факторы:
>- оптимальная дальность ведения наблюдения составляет несколько десятков метров;
>- в поле зрения прибора не должно быть ярких источников света, так как их излучение может ослепить прибор или даже вывести из строя;
>- работать в активном режиме следует только в том случае, если точно известно, что объект наблюдения не использует приборы ночного видения, иначе вы будете им обнаружены.
studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.004 с) .
Источник
Приборы ночного видения. Рассмотренные выше оптико-механические приборы позволяют вести наблюдение при освещенности, близкой к нормальной (в светлое время суток)
Рассмотренные выше оптико-механические приборы позволяют вести наблюдение при освещенности, близкой к нормальной (в светлое время суток), и при удовлетворительных погодных условиях (ясно или слабая дымка).
Естественно, что в жизни возникают ситуации, когда условия наблюдения затруднены — это вечернее или ночное время суток, чердаки, подвалы и т. п. В этих условиях неоценимую услугу могут оказать так называемые 
Рис. 1.4.8. Устройство защиты оптической системы от солнечных бликов
приборы ночного видения и тепловизоры, работающие в ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне длин волн (X = 0,8. 1 мкм).
Основное отличие между первыми и вторыми заключается в том, что тепловизоры реагируют на температурный контраст и поэтому принципиально не работают без охлаждения оптического приемника. Именно это обстоятельство говорит за то, что применение тепловизоров в интересах промышленного шпионажа маловероятно — преимущества при таком целевом назначении они дают незначительные, а по массогабаритным характеристикам существенно уступают приборам ночного видения. Так, на* пример, переносной тепловизорД-4 имеет габариты 195х212х260 мм и массу 3,4 кг, аналогичные характеристики и у прибораТМ-100. Это, примерно, в 4—10 раз больше, чем у приборов ночного видения, а «легкий и компактный» тепловизионный датчикV3900 (GEC-Masrconi Ltd — Великобритания), вообще имеет массу около 32 кг. Вследствие этого обстоятельства тепловизионные системы здесь рассматриваться не будут.
Главными достоинствами приборов ночного видения являются:
>- возможность наблюдения объекта в полной темноте или в условиях слабой освещенности;
>- меньшее по сравнению с видимой областью спектра затухание электромагнитных волн ИК-диапазона в осадках.
К недостаткам приборов следует отнести:
>- значительно худшую разрешающую способность, связанную с большой длиной волны (человека, например, можно опознать только по силуэту, так как черты лица не распознаются);
>- нечувствительность человеческого глаза к ИК-излучению.
Для того чтобы объединить достоинства оптико-механических приборов и ИК-приборов и устранить (уменьшить) недостатки последних приборы ночного видения строятся по схеме, изображенной на рис. 1.4.9.
Здесь оптико-механическая система аналогична рассмотренным выше оптико-механическим приборам, и именно она определяет такие характеристики прибора, как мгновенный угол поля зрения и кратность увеличения.
Электрооптический преобразователь преобразует ИК-излучение в видимое, выводя его на небольшой встроенный экран. Эта часть устройства принципиально не работает без источника электрического питания, что можно отнести к еще одному из недостатков приборов ночного видения. В качестве устройства фиксации изображения обычно выступает человеческий глаз или фотоаппарат.
Приборы ночного видения могут работать как в пассивном, так и в активном режиме. Пассивный режим применяется при наличии собственного излучения объекта наблюдения и в условиях слабого рассеянного излучения случайных искусственных или естественных источников, уровень которого превышает 10 -5 лк (см. рис. 1.4.16). Активный режим используется в условиях полного отсутствия освещения. Он сопровождается применением источника подсветки объекта наблюдения. Таким источником может быть лазер, например полупроводниковый или на стекле с неодимом, или специальный ИК-прожектор. Прожекторы с мощностью излучения до 100—120 Вт функционируют, как правило, от автономных источников с напряжением питания 12 В. Диапазон расстояний, подсвечиваемых такими прожекторами, варьируется в диапазоне 10. 110 м, в зависимости от мощности источника и ширины луча, вид последнего формируется специальными насадками.
Технические характеристики ряда приборов ночного видения и источников подсветки приведены ниже, а внешний вид некоторых из них — на рис. 1.4.10 и 1.4.11 соответственно.
Устройства ночного видения
РКЗОО — прибор ночного видения, предназначенный для получения фотоснимков на стандартную пленку 35 мм. Применяется с объективами, имеющими фокусное расстояние 75 мм (светосила — F 1,4), фокусное расстояние — 135 мм (светосила — F 1,8) или 180 мм (светосила — F 2,8), угол зрения — 13,7°. Габариты: диаметр — 75мм,
Рис. 1.4.9. Структурная схема прибора ночного видения
Рис. 1.4.10. Приборы ночного видения:
а — монокуляр DEDAL-0410; б — монокуляр RETRON RN-M02; в — бинокуляр RETRON RN-B03; г — активный ночной наблюдательный прибор с импульсной лазерной подсветкой; д — очки ночного видения OR 11
Рис. 1.4.11. Средства подсветки объекта наблюдения ИК-лучамк
а — лазерный источник излучения фирмы Dedal; б — инфракрасный лазерный осветительный прибор РК765; в — ИК-прожектор РК-325; г — ИК-прожекторы фирмы Dennari
длина — 350 мм; вес — 1,9 кг. Для фиксации изображения может комплексироваться с фотоаппаратом или видеокамерой.
PK1260-S — прибор ночного видения, предназначенный для получения фотоснимков объектов, находящихся на расстоянии до 10 км. Использует обычную фотопленку 35 мм.
РК1245 — прибор для наблюдения удаленных объектов в условиях слабой освещенности (до 10 -5 лк), фокусное расстояние объектива — 25 мм, светосила — F 1,4, угол зрения — 40°. Напряжение питания — 6,75 В, время непрерывной работы — 20 часов. Вес — 980 г. Выполнен в виде бинокля;PK1245-S — в виде шлем-маски.
РК305 — прибор ночного видения активного типа, предназначенный для наблюдения объектов в условиях полного отсутствия освещенности. Имеет объектив с фокусным расстоянием 135 мм и светосилой объектива F 2,8. ИК-прожектор имеет мощность 35 Вт и обеспечивает дальность наблюдения до 350 м. Собственный источник питания с напряжением 8 В обеспечивает время непрерывной работы 1,5 часа. Габариты прибора — 250х280х80 мм, вес — 1,3 кг.
Dedal-220 — монокулярный прибор ночного видения с угловым полем зрения прибора 28° в вертикальной и горизонтальной области. Диаметр объектива — 37 мм, светосила — F 1,0, кратность увеличения — 1,3. Усиление яркости изображения, создаваемое прибором, достигает 30 000. Габаритные размеры — 122х58х58, вес — 8 кг. Время непрерывной работы — 40 часов.
Dedal-040 — прибор ночного видения, выпускаемый как в монокулярном, так и бинокулярном исполнении. Угловое поле зрения прибора в зависимости от конструктивного исполнения лежит в диапазоне 14°. 17°. Диаметр объектива — 85—100 мм, светосила — F 1,5. F 2,0, кратность увеличения — 1,9. 3,2. Усиление яркости изображения, создаваемое прибором, достигает 50 000. Габаритные размеры монокуляра — 210х76х93, бинокуляра — 325х76х103 мм, вес, соответственно, 1,12 и 1,52 кг. Время непрерывной работы — 50 часов.
Spylux — прибор ночного видения индивидуального применения. Заключен в прочный и компактный корпус, дает высококонтрастное изображение с хорошим разрешением при низких уровнях освещенности. Прибор имеет окуляр с регулированием фокусировки, кнопку включения— выключения и держатель объектива типа С с адаптером, дающим возможность менять объектив в соответствии с условиями наблюдения.
Стандартно прибор поставляется с объективом диаметром 75 мм и светосилой F 1,4. Масса прибора — 0,5 кг, напряжение питания — 2,0. 5,0 В, потребляемый ток — 16 мА.
EEV Nite-Watch Plus — самый компактный и легкий из приборов ночного видения фирмы EEV (Великобритания). Его масса (с объективом и батареей) составляет 330 г, габаритные размеры — диаметр 46х120 мм. Его легко спрятать в кармане. Прибор может комплексироваться через адаптеры с различными кино-, фото- и видеокамерами. Усиление яркости в приборе составляет не менее 20 000. Продолжительность непрерывной работы от одной батареи — 3 часа. Источник питания — литиевый элемент типа DL1/3N с напряжением 2,5. 3,5 В. Потребляемый ток — 18 мА.
EEV Black Watch — прибор, специально разработанный для таких применений, как скрытое фотографирование и видеонаблюдение. Усиление яркости изображения, создаваемое прибором, достигает 2 000 000, что позволяет получать высококачественные фотографии в самых неблагоприятных условиях.
РК765 — ИК-лазер с длиной волны 0,85 мкм и мощностью излучения в импульсе 180 мВт. Имеет форму цилиндра диаметром 65 мм и длиной 200 мм, напряжение питания — 12 В.
IL-7/LR — лазерный ИК-прибор подсветки, предназначенный для использования с приборами ночного видения при очень низких уровнях освещенности. Расходимость пучка регулируется от интенсивного карандашного пучка для точечной подсветки до пучка с расходимостью 40°. Масса прибора — 130 г с батареей электропитания, габариты — 63х50х20 мм. Длина волны излучения — 0,83 мкм, минимальная выходная мощность — 15 мВт. Электропитание — батарея литиевых элементов типа АА с напряжением 3,5 В. Продолжительность непрерывной работы — 5—20 часов.
PK1420-S — ИК-прожектор, предназначенный для подсветки фотографируемого объекта ИК-лучами. Дальность подсветки — 10—100 м. Диаметр прибора — 130 мм, длина — 240 мм, вес — 720 г.
РК325 — ИК-прожектор, работающий в диапазоне длин волн 0,82. 0,98 мкм. Мощность — 110 Вт, дальность подсветки достигает 500 м. Напряжение питания — 220/110/12 В. Габариты: диаметр — 260 мм, длина — 200 мм. Вес — 2 кг.
Minilight 500 — миниатюрный ИК-излучатель на основе галогенной дихроичной лампы. В зависимости от модификации мощность лампы может быть 20 или 50 Вт. Напряжение питания — 12В. ИК-фильтр, предназначенный для задержки видимого света, пропускает излучение с длиной волны 0,84 мкм. Размеры источника излучения — 65х65х115 мм, масса — 350 г.
AVS IR-1/48V — светодиодный ИК-излучатель с длиной волны излучения 0,88 мкм. Минимальная дальность подсветки — 70 м, расходимость пучка — 30°, потребляемая мощность — 48 Вт. Питание осуществляется от источника постоянного напряжения 10—14 В. Габаритные размеры — 160х160х100 мм.
При ведении наблюдения с использованием приборов ночного видения необходимо учитывать следующие факторы:
>- оптимальная дальность ведения наблюдения составляет несколько десятков метров;
>- в поле зрения прибора не должно быть ярких источников света, так как их излучение может ослепить прибор или даже вывести из строя;
>- работать в активном режиме следует только в том случае, если точно известно, что объект наблюдения не использует приборы ночного видения, иначе вы будете им обнаружены.
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.008 сек.)
Источник
