10 неймовірних трюків, які вчені вперше провернули з ДНК

Світ ДНК — це буквально кроляча нора. Кожен крок приводить нас до нових і навіть страшним відкриттям. Чим більше вчені досліджують і відточують ці молекули життя, тим «дивасніше і дивасніше» стають наукові ходи. Межі між біологією і технологіями розмиваються, іноді до гіршого. Але ДНК сама по собі дає нам прості відповіді про те, як лікувати складні захворювання, зберігати інформацію і навіть як виглядає злочинець.

Живі мікросхеми

Коли вчені мріяли про новий спосіб поглянути на молекули і процеси в клітинах, на їх шляху стояла одна перешкода. Вони хотіли створити пристрій на основі ДНК, яке буде діяти як єдина мікросхема, включатися і виключатися. Проблема була в тому, що перемикач потрібно було активувати електрикою.

Нарешті, вченим вдалося вирішити цю проблему, затиснувши антрахінони (речовина таке) між невеликими ділянками ДНК. Це природна сполука з задоволенням пристосувалося до імплантації і було здатне виробляти окислювально-відновні реакції.

Під час окисно-відновних процесів електрони заряджають певні молекули, залишаючи інші. Результатом є електричний імпульс. При стимуляції наконечником електрода антрахінони відмінно впоралися з цим завданням. В залежності від того, скільки електронів вони захопили, схеми проводили струм, або ні.

Перемикачі, кожен з яких в тисячу разів тонше волосся, прокладають шлях для мікроскопічних молекулярних пристроїв. Адаптації цього зміненого генетичного коду можуть дозволити нам вивчати хімічні реакції всередині клітин як ніколи раніше, з особливим упором на ті, що пов'язані з хворобою.

Укол ДНК лікує кульгавість

Криві бігові скакуни стикаються з евтаназією, часто з великими фінансовими втратами для власника. Часто вона проявляється у коней, які падають або старіють, але звичайні процедури лікування занадто довгі і не гарантують якісне життя в подальшому.

Не так давно ця страшна проблема була вирішена простим шприцом. Вчені взяли два гена і ввели їх в ноги кривих коней. Результати були вражаючі. Травми не тільки вилікувалися, але і коні повернулися на іподром через два місяці, де брали участь у змаганнях.

Революційні гени VEGF164 і BMP2 були введені прямо в пошкоджені зв'язки і сухожилля. ДНК заохотила розвиток нових кровоносних судин, кісток і хрящів, які обзавелися чудовою тканиною. Цей метод лікування поки не є основним, але обіцяє змінити багато як у ветеринарних клініках, так і в лікарнях для людей. Випробовувані коні залишалися в піковому стані протягом року після отримання лікування, що дає надію на те, що одного разу цей метод може допомогти людям з проблемами сухожиль, розривом зв'язок і навіть травмами хребта.

Гачок на людину

Родовід людини залишається неповною, незважаючи на десятки років досліджень. Антропологи можуть досліджувати тільки те, що є в наявності, а скелетів перших людей та інших гомінідів не так багато. Однак нові методи дозволяють знаходити стародавню ДНК без тел.

У Бельгії, Хорватії, Франції, Росії та Іспанії збирали бруд і просіювали на предмет людської ДНК. Щоб підвищити шанси, всі 85 зразків були взяті з археологічних об'єктів віком 14 000-550 000 років. Результати тестів були переповнені генами.

В одній чайній ложці піску знайшли трильйони фрагментів ДНК. Шерстисті носороги, мамонти, печерні ведмеді, стародавні гієни — всі вони ускладнювали пошук гомінід. Щоб прибрати цей генетичний шум, дослідники вдалися до риболовлі. Вони створили свого роду гачок з сучасної мітохондріальної ДНК. Так як вона належала людині, вона піднімала лише подібну ДНК з мішанини генів.

Примітно, що молекулярний інструмент зачепив ланцюжка неандертальців в місцях, де не знаходили ні їх кісток, ні інструментів. Знайшлася навіть ДНК від вкрай рідкісного представника предків, денисівської людини. Техніка лову генів на гачок може відповісти на давні питання про те, які місця і артефакти належать людям, а які — неандертальцям або зовсім невідомим гоминидам.

Гени-пензлики

Коли вчені шукали складну ДНК, що відповідає за красиві крила метеликів, їх чекав сюрприз. Замість очікуваної мережі генів вони знайшли тільки два. Гени WntA і optix ведуть себе як олівець, малює контури зображень, і фарба, яка ці контури забарвлює.

Попередні дослідження припускали участь цієї пари художників і пов'язували optix з червоним і оранжевим. Але їх виключне вплив виявилося тільки тоді, коли вчені почали експериментувати з цими «генами-пензликами».

Коли WntA відключали, порядок зникав. Лінії тьмяніло, кольору зливалися один з одним, малюнки зникали. Відключення optix призводило до більш цікавих результатів. Метелики ставали сірими або чорними, причому не тільки в крилах.

Несподіваний поворот стався у випадку звичайної «глазастой» метелики Юнония коения. Плями синьою райдужки усеивали крила там, де їх раніше не було. Це показало, що optix також впливає на пігментацію на фізичному рівні.

Обидва гена, як видається, приводили до основних еволюційним змінам і здібностям, включаючи мімікрію в якості захисту.

Ембріональна хірургія

У спробі вилікувати небезпечне захворювання крові, китайські вчені створили людські ембріони в лабораторії. У 2017 році в проекті брали участь клоновані ембріони і тканини, взяті у пацієнта, що страждає бета-таласемією.

Як і багатогенетичні захворювання, бета-таласемія викликається збоєм у підставах ДНК людини. Генетичний код людини складається з чотирьох підстав — аденіну, цитозина, гуаніна і тиміну (A, C, G і T). Вони містять всі керівництво по формуванню людини і управління тілом.

Ненормальне підстава називається точковою мутацією. Його завжди пов'язували з двома третинами генетичних захворювань. Щоб знайти точкову мутацію для бета-таласемії, вчені просканували три мільярди «літер» генетичного коду.

Виявилося, що одна з G була не на своєму місці. Метод редагування підстав замінив його на A і вилікував захворювання на рівні ДНК. В майбутньому система редагування підстав може дати позитивні результати за інших спадкових захворювань.

Жертовна шкіра

Любителі сонця скоро зможуть позасмагати, не турбуючись про пошкодження шкіри. Ультрафіолетові промені Сонця можуть руйнувати ДНК, а ризики раку, пов'язані із загорянням, давно відомі.

У 2017 році вчені придумали геніальну ідею. Сонцезахисний крем, зроблений з ДНК сперми лосося, поглинає ультрафіолет майже так само, як друга шкіра. Чим довше його опромінює сонячне світло, тим краще. Ті, хто любить смажитися годинами, більше не будуть переживати про обезводнення шкіри. Рибна плівка утримує вологу.

Застосування, що включає воду і етанол, може мати більш широке розповсюдження, ніж просто сонцезахисний крем. Це безбарвна речовина можна використовувати в якості невідкладної або термінової перев'язки. Його кристалічна природа також дозволить лікарям спостерігати за лікуванням, не знімаючи покриття.

ДНК може зберігати музику

Намагаючись допомогти світу вирішити проблему зі зберіганням інформації, вчені звернулися до ДНК. Вони хотіли довести, що ніяка інша середовище не зрівняється з нею по накопичувальної здатності та надійності.

Не так давно два музичних твори — Smoke on the Water (Deep Purple) і Tutu (Miles Davis) — стали файлами ДНК. Їх двійковий код, цифровий мову, що складається з одиниць і нулів, був перетворений у генетичні основи (A, C, G і T).

У свою чергу були створені синтетичні підстави, розташовані у відповідності з бінарними послідовностями музики. Пісні займали 140 МБ на жорсткому диску. Але перетворившись в ДНК, вони навряд чи були більше порошинки. Файли були відновлені шляхом звернення процесу, і ні один сегмент не був пошкоджений.

Універсальна природа ДНК означає, що таким чином можна зберігати не тільки музику. Інша інформація, яку вчені перетворили на генетику, включала фільм, комп'ютерний вірус і навіть цілу комп'ютерну операційну систему.

Щільність такої системи дозволить в один прекрасний день зберегти всі дані Землі в одній кімнаті. При певних умовах генетичні файли можуть зберігатися тисячоліттями.

Визначення правопорушників по генах

Злочинці з генетичною інформацією, яка зберігається в базах даних, мають усі причини ненавидіти ДНК, залишену ними на місцях злочину. Зіставлення швидко призведе до їх засудження або затриманню. Проблемою було звинуватити злочинця, не маючи ніяких попередніх записів. Якщо місце злочину було всіяне анонімними генами, справа ризикувала стати «глухим».

Нова криміналістична техніка може скласти особа злочинця на основі його або її генетичних останків. Так зване фенотипирование ДНК може розповісти дослідникам про реальний колір волосся, очей і шкіри людини, географічної родоводу і більш тонких деталях, таких як веснянки.

Гени можуть багато розповісти про фізичному вигляді людини. Щоб удосконалити техніку та підвищити точність визначення особових рис, вчені сканували особи і ДНК добровольців. Програмне забезпечення шукає точки перетину генетичних точок і форм щелеп, щік і носів.

Зразки, які були ідентифіковані, зробили фенотипирование здатним до надання достатньої інформації для компіляції цифрових знімків. З іншого боку, його можна використовувати для додавання деталей до черепами невпізнаних жертв.

Крадіжка генів

Водоплавний організм тихоходка відрізняється дивовижною живучістю і дивними генами. Геном цієї істоти був секвенирован, щоб ми більше дізналися про його надздібності. Ці мікроскопічні безхребетні можуть виживати в космосі, при температурі замерзання і кипіння, при неймовірному тиску, радіації і десятиліть без їжі і води.

за Причиною всього цього може бути здатність тихоходок красти гени у інших форм життя. Тварини і люди проходять через цей процес — горизонтальний перенос генів — головним чином завдяки вірусів. Більшість видів містить 1% чужої ДНК, в той час як поклади чужих генів у тихоходок просто колосальні — до 17,5%.

За різними оцінками, 6000 вкрадених генів належать бактерій, грибів, рослин і археям. У тихоходок є механізм виживання, в процесі якого вони позбавляються від води. Це руйнує їх ДНК. Під час регідратації геном знову збирається і, можливо, поглинає чужі шматочки.

Ті, які передаються наступному поколінню, роблять тихоходок більш живучими. Зокрема, бактеріальні гени більш витривалим в екстремальних умовах, ніж гени тварин.

ДНК може зламувати комп'ютери

На перший погляд може здатися, що цей заголовок взято з фабули фільму про шпигунів. Але в 2017 році вчені в Університеті Вашингтона взяли шкідливе ПЗ і його закодували в синтетичних підставах ДНК.

Стрибок від біологічного до цифрового стався, коли комп'ютерсеквенировал ланцюжок. Коли програмне забезпечення змінило комбінації A, C, G і T, перетворивши їх назад в комп'ютерний код, вірус був випущений і надав ученим повноцінний віддалений доступ до комп'ютера. Хоча такого роду зломи не використовуються в даний час, вони будуть, дайте їм час.