Невероятные вещи, которые учёные впервые сделали с ДНК

Интересно

Мир ДНК похож на кроличью нору в «Алисе в стране чудес»: каждый шаг вглубь приносит все больше и больше удивительных, а иногда и пугающих открытий. Чем больше ученые исследуют и изучают загадки молекул жизни, тем больше их бизнес напоминает научное предприятие.

Все границы между технологией и биологией постепенно стираются, и не всегда к лучшему. Но ДНК – это хранилище необычной информации, ее исследования предоставляют простые способы лечения сложных заболеваний, и она может даже нарисовать лицо преступника.

10. Живые микросхемы

Когда ученые начали думать о новом способе взглянуть на молекулы и процессы, происходящие в клетках, они столкнулись с проблемой. Идея заключалась в создании цепочек электрического типа из молекул ДНК, которые можно было включать и выключать. Проблема заключалась в том, что для управления этими цепями требовался переключатель.

Ученые смогли решить эту проблему, когда им удалось имплантировать антрахинон в отдельные участки цепи ДНК. Это натуральное соединение, прекрасно перенесшее растение, имеет особенность. Он способен инициировать окислительно-восстановительные процессы.

Во время окислительно-восстановительных процессов электроны переходят от одной молекулы к другой. В результате возникает электрический разряд. Антрахинон, стимулированный кончиком электрода, отлично справился со своей задачей. В зависимости от количества перемещенных электронов цепь оказывалась замкнутой или разомкнутой.

Создание переключателей, каждый в тысячу раз тоньше человеческого волоса, позволяет создавать микроскопические устройства из молекул. Использование таких устройств позволит изучать химические реакции внутри клеток, уделяя особое внимание реакциям, связанным с заболеваниями.

9. Инъекция ДНК, которая лечит хромоту

Удивительные вещи, которые ученые впервые сделали с ДНК

Инертная скаковая лошадь обречена на эвтаназию, а это часто приводит к большим финансовым потерям для ее хозяина. У лошадей очень часто бывает хромота как из-за падений, так и из-за возраста. Обычные методы лечения занимают много времени и не гарантируют полного выздоровления.

В последнее время эту страшную проблему можно решить простым уколом шприца. Ученые выделили два гена и вставили их в ноги хромой лошади. Результат был удивительным. Лошади не только выздоровели, но и через два месяца вернулись на беговую дорожку и соревновались.

Гены VEGF164 и BMP2, которые произвели революцию в лечении травм, вводились непосредственно в поврежденные связки и сухожилия. Клетки ДНК помогли в формировании новых кровеносных сосудов, костей и хрящей, чтобы заменить поврежденные ткани.

Терапия не является основной областью применения генов, но этот эксперимент может многое изменить в жизни не только лошадей, но и людей. Подопытные лошади оставались в отличной форме в течение года после инъекций, что дает надежду на то, что однажды эта методика поможет людям с травмами сухожилий, связок и даже позвоночника.

8. «Крючок» для захвата ДНК человека

Удивительные вещи, которые ученые впервые сделали с ДНК

Несмотря на десятилетия исследований, генеалогическое древо человечества до сих пор полностью не изучено. Антропологи могут изучать только то, что доступно, но скелетов первобытных людей и их предков очень мало. Однако новые технологии позволяют получать древнюю ДНК без наличия останков.

Читайте также:  Как движется Солнечная система

В поисках ДНК человека были собраны и просеяны образцы почвы из Бельгии, Хорватии, Франции, России и Испании. Чтобы увеличить шансы на успех, все 85 образцов были собраны возле археологических раскопок, возраст которых составляет 14–550 000 лет. Тесты показали наличие генов.

В чайной ложке песка были обнаружены триллионы фрагментов ДНК. Гены человека потерялись среди массы генов шерстистых носорогов и мамонтов, пещерных медведей и древних гиен. Чтобы избавиться от всего этого генетического мусора, ученые организовали своеобразную «рыбалку». Они создали своеобразный «крючок» из современной митохондриальной ДНК. Поскольку он принадлежал человеку, за «крючок» цеплялась только похожая на него ДНК.

интересно, что этот «молекулярный крючок» позволил находить останки неандертальцев даже в местах, где не были обнаружены ни их кости, ни их инструменты. Они даже нашли крайне редкую ДНК одного из первых людей: «человека Денисова». Технология крючков может помочь ответить на давние вопросы о том, какие памятники и артефакты принадлежали людям, а какие – неандертальцам, и даже может обнаруживать совершенно новые и ранее неизвестные типы гоминидов.

7. Ген, определяющий цвет бабочек

Удивительные вещи, которые ученые впервые сделали с ДНК

Когда ученые попытались выделить ДНК из различных крыльев бабочек, они были удивлены. Вместо ожидаемого разнообразия генов они обнаружили только два. Гены называются WntA и optix, один из них действует как карандаш, рисуя контур изображения, а другой окрашивает его.

Предыдущие исследования показали, что оба эти гена отвечают за цвета, а optix связан с оранжевым и красным. Однако, когда ученые начали экспериментировать с этими генами, оказалось, что они служат разным целям.

При отключении гена WntA порядок исчез. Линии начали размываться, цвета слились друг с другом, и весь рисунок получился расплывчатым. Отключение optix дало еще более интересные результаты. Бабочки стали серыми или черными, и не только в области крыльев.

Неожиданный поворотный момент произошел в случае с бабочкой Юнония Кениа. Радужные синие пятна усеяли крылья там, где их никогда не было. Поскольку радужность является следствием изменения структуры крыла, было показано, что optix влияет не только на пигментацию, но и на физическую форму.

Кроме того, оба гена, по-видимому, играют важную роль в эволюционных изменениях, включая способность имитировать и маскироваться.

6. Операция на эмбрионе

Удивительные вещи, которые ученые впервые сделали с ДНК

Пытаясь вылечить опасное заболевание крови, китайские ученые создали в лаборатории человеческие эмбрионы. В 2017 году они провели эксперимент с использованием эмбрионов и клонированных тканей пациента с бета-талассемией.

Как и многие генетические заболевания, бета-талассемия возникает в результате нарушения работы ДНК человека. ДНК использует четыре азотистых основания: аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T). Они полностью отвечают за формирование человека и его тела.

Читайте также:  Гипотеза параллельных миров, как она есть, простым языком

Аномалия в одной из этих баз называется точечной мутацией. Это причина двух третей всех генетических заболеваний. Чтобы найти мутацию, которая приводит к бета-талассемии, ученые исследовали три миллиарда «букв» генетического кода.

Оказалось, что одна из молекул G не к месту. Используя метод, называемый базовым редактором, он был заменен базой А, и болезнь была сначала вылечена на уровне ДНК. Не исключено, что в будущем этот редактор поможет в лечении других наследственных заболеваний.

5. Защита кожи

Удивительные вещи, которые ученые впервые сделали с ДНК

Вскоре любители солнца смогут загорать, не беспокоясь о повреждении кожи. Известно, что ультрафиолетовые (УФ) лучи солнца повреждают ДНК и вызывают рак.

В 2017 году ученым пришла в голову блестящая идея. Они создали солнцезащитный крем, сделанный с использованием ДНК спермы лосося. Он интенсивно поглощает ультрафиолетовые лучи, как будто это вторая кожа. Чем дольше он находится на солнечном свете, тем лучше работает. Таким образом, те, кто любит солнечные ванны часами, могут больше не беспокоиться о том, что их кожа станет обезвоженной. Тонкая пленка крема сохранит влагу.

Этот состав, включающий воду и этанол, имеет более широкое применение. Светоотражающий состав можно использовать в качестве первой помощи при случайных травмах. В то же время его прозрачность позволит врачам осмотреть рану, не снимая покрытия.

4. ДНК может хранить музыкальные записи

Удивительные вещи, которые ученые впервые сделали с ДНК

Чтобы решить проблемы хранения, ученые обратились к ДНК. Они намеревались доказать, что ни один материал не может сравниться с ДНК с точки зрения емкости и прочности.

Недавно в качестве файлов ДНК были выбраны два музыкальных произведения – Smoke on the Water (Deep Purple) и Tutu (Майлз Дэвис). Их двоичный код преобразован в генетические основы (A, C, G и T).

Базы были расположены в соответствии с двоичными последовательностями музыки. Песни занимали 140 МБ на жестком диске, но после преобразования в код ДНК превратились в едва заметную точку. Файлы были восстановлены в обратном порядке, и никакие сегменты не были повреждены.

Универсальная способность ДНК предполагает, что таким образом можно хранить не только музыку. Ученым также удалось превратить фильм, компьютерный вирус и целую операционную систему в генетический код.

Системы хранения ДНК настолько плотны, что все данные Земли могут храниться в одной комнате. При правильных условиях генетические файлы могут храниться тысячи лет.

3. Моделирование лиц преступников

Удивительные вещи, которые ученые впервые сделали с ДНК

Преступники, чья генетическая информация находится в базах данных и чьи следы остались на месте преступления, имеют все основания ненавидеть ДНК. Совпадение поможет быстро установить их личности. Однако для этого необходимо, чтобы данные ДНК преступника были предварительно записаны, иначе эти следы будут бесполезны.

Однако последние достижения в области криминалистических технологий позволяют моделировать лицо преступника на основе его генетических следов. Этот метод, называемый фенотипированием ДНК, может раскрыть исследователям фактический цвет волос или глаз человека, цвет кожи, географию места рождения и более мелкие детали, такие как веснушки. Гены могут сказать гораздо больше о внешности человека. Чтобы улучшить технику и добиться большей точности определения деталей, таких как черты лица, лица и ДНК добровольцев были исследованы. Специальная программа искала связь между генетическими особенностями и формой челюстей, щек и носа.

Читайте также:  6 советских танков, которые у немцев стояли как кость поперек горла

Все, что было установлено, было положено в основу фенотипирования. Полученной информации оказалось достаточно для создания методики моделирования лиц преступников. Его также можно использовать для добавления деталей к черепам неопознанных жертв.

2. Генетическая кража

Удивительные вещи, которые ученые впервые сделали с ДНК

Микроскопические беспозвоночные, называемые тихоходками, недавно предоставили неожиданное понимание возможностей генетики. Изучение генома этого существа позволило многое узнать о его сверхспособностях. Эти микроскопические организмы могут выжить при температурах замораживания и кипения, под невероятным давлением, в условиях радиации, без пищи и воды в течение десятилетий.

Это могло быть связано со способностью тихоходки красть гены у других форм жизни. У животных и людей этот процесс, называемый горизонтальным переносом генов, происходит в основном через вирусы. Большинство видов живых организмов имеют не более 1% чужеродной ДНК, тогда как у тихоходок их количество составляет 17,5% – это самое высокое содержание среди всех найденных. По оценкам, около 6000 генов в организме тихоходки принадлежат бактериям, грибам, растениям и архее. У тихоходок есть особый механизм выживания, при котором они высыхают. Это разрушает их ДНК. Во время регидратации геном восстанавливается и, возможно, поглощает инородные частицы.

После своего «возрождения» тихоходки становятся более защищенными. В частности, гены бактерий лучше приспособлены к экстремальным условиям, чем гены животных. В другом исследовании было обнаружено только 500 украденных генов, поэтому вполне возможно, что образец с 6000 чужеродными генами был заражен. Однако тихоходки значительно изменили наше понимание эволюции и генетической наследственности.

1. ДНК может взламывать компьютеры

Удивительные вещи, которые ученые впервые сделали с ДНК

Звучит как выдуманный сюжет из детективного фильма, однако произошло это в реальной жизни: ученые взломали компьютер с помощью ДНК. В 2017 году Вашингтонский университет закодировал вредоносную программу и внедрил ее в синтетическую ДНК.

Вирус запустился после того, как компьютер секвенировал код ДНК. Когда программное обеспечение преобразовало комбинации A, C, G и T в компьютерный код, вирус дал исследователям полный удаленный контроль над компьютером. Хотя этот вид взлома в настоящее время не используется, не исключено, что это только вопрос времени.

Цель этого необычного опыта заключалась в том, чтобы подчеркнуть, что оборудование, используемое для секвенирования, особенно то, которое используется программным обеспечением с открытым исходным кодом, уязвимо для этого типа атак. Поскольку секвенирование ДНК и генетические базы данных очень важны для исследований во многих областях науки, распространение вредоносных программ может привести к необратимым последствиям.

Один источник

Оцените статью
Добавить комментарий