Открытия и технологии, связанных с молекулой ДНК и генами
В аббревиатуре ДНК скрыто множество загадок, она обещает дать ответы на важнейшие вопросы человечества, но не все так просто... Каждый новый шаг на пути к познанию ДНК дарит нам удивительные и порой пугающие открытия. Чем больше исследователи узнают об этих волшебных молекулах, тем более интригующими становятся открывающиеся нам перспективы и возможности.
Грань между биологией и технологией становится все более тонкой и расплывчатой, как никогда ранее, и иногда становится сложно понять, хорошо ли это или плохо. Но не забывайте, что изучение ДНК также может помочь справиться с очень сложными заболеваниями и открыть любопытную информацию, а в руках следователей данные о генах могут привести к скрывающемуся преступнику. В этой подборке вас ждут самые последние новости из мира науки, посвященные инновациям, которые целиком и полностью основаны на хитросплетениях ДНК и обещают изменить нашу жизнь.
10. Живые микросхемы
Было время, когда ученые мечтали взглянуть на молекулы клеток и протекающие в них процессы поближе, но на их пути была одна серьезная преграда…
Дело в том, что исследователи хотели создать микроскопическое устройство на основе молекулы ДНК, которое бы вело себя как микросхема, и чтобы его можно было включать и выключать, как цифровое устройство. Проблема была в том, что для переключения режимов нужно было научиться использовать электричество, что для таких крошечных систем – задача весьма непростая.
Ученые наконец-то решили задачу, поместив между двумя слоями молекул ДНК антрахиноны (сложные вещества). Этот натуральный ингредиент легко перенес имплантацию и сохранил свое особенное качество – антрахиноны способны запускать окислительно-восстановительные реакции.
9. Инъекции ДНК, помогающие излечить хромоту
Если скаковая лошадь хромает, ее обычно усыпляют, что сопряжено с большими финансовыми потерями для ее хозяина. Это очень частая практика в случае с травмированными или старыми лошадьми. Традиционное лечение требует слишком много времени и практически не дает никаких гарантий на качественное восстановление животного, а содержание больного питомца абсолютно бессмысленно для настоящих предпринимателей.
С недавних пор эта проблема перестала быть непреодолимой, и с ней справились благодаря всему одному уколу. В ходе испытаний ученые выделили 2 гена и вкололи препарат на их основе в ноги хромых лошадей. Результаты были просто ошеломительными! Травма не просто прошла – через два месяца эти лошади уже снова смогли выступать на скачках и показывали конкурентоспособные результаты.
8. Молекулярный крючок для поиска генов древних гоминидов
Генеалогическое древо человеческого вида до сих пор остается неполным, хотя лучшие ученые занимаются этим вопросом уже несколько десятилетий. Антропологи неустанно работали с имеющимися у них образцами, но в нашем распоряжении было слишком мало останков первых людей и гоминидов. Однако новая технология позволяет добыть информацию о старинной ДНК даже без человеческих скелетов.
В Бельгии, Хорватии, Франции, России и Испании ученые собрали образцы грунта и очистили их, чтобы выделить образцы человеческой ДНК. Повысить шанс обнаружения этого материала удалось благодаря тому, что 85 образцов земли были изъяты с мест археологических раскопок, организованных в районе остановок древних племен, чей возраст составляет от 14 000 до 550 000 лет.
7. Гены-художники
Когда генетики изучали сложную молекулу ДНК, ответственную за замысловатые узоры на крыльях бабочек, они столкнулись с настоящим сюрпризом. Вместо ожидаемой развитой сети генов ученые обнаружили всего два «виновника» разнообразия рисунков. Ими оказались гены WntA и optix. Один из них действовал как карандаш, отвечая за сами узоры (полоски, пятнышки, различные комбинации деталей), а второй разукрашивал крылья в разные цвета.
Прошлые исследования натолкнули ученых на подозрения о причастности этих генов к внешнему виду крыльев, а optix тогда связали с красным и оранжевым цветами пыльцы. Однако исключительная значимость этой парочки участков ДНК стала известна совсем недавно – после того как ученые стали проводить эксперименты с этими генными «кистями», включая и выключая их.
6. Исследование больных эмбрионов
Чтобы научиться лечить опасное заболевание крови, китайские ученые воссоздали человеческих эмбрионов. Для проекта они клонировали эмбрионов и использовали биологический материал, взятый у пациента, страдающего от бета-талассемии.
Как и многие другие генетические расстройства, бета-талассемия возникает из-за сбоя в ДНК человека. Наш генетический код состоит из 4 основных элементов - аденина, цитозина, гуанина и тимина (A, C, G, T). Эти азотистые основания содержат в себе целый учебник по формированию и функционированию человеческого тела.
5. Вторая кожа
Любители солнца скоро смогут загорать, не переживая за свою кожу. Все мы знаем, что ультрафиолетовое излучение связано с повышенным риском заболеть раком кожи, но эта проблема скоро будет полностью решена. В 2017 году ученые разработали необычную защиту от загара. Новое средство сделано на основе ДНК спермы семги, и оно с легкостью защищает человека от вредного воздействия ультрафиолета, как если бы это была ваша вторая кожа. Чем дольше обработанный участок кожи подвержен солнечному свету, тем активнее рыбная защита. Все те, кто обожает жариться на солнышке часами, теперь наконец-то смогут забыть заодно и о сухости кожи, ведь тонкий слой инновационного средства сохраняет естественную влагу кожи и не позволяет ей пересушиться под действием обжигающих лучей.
4. В молекуле ДНК можно хранить музыку
Чтобы решить назревающую проблему нехватки места для хранения информации, ученые обратились к молекуле ДНК. Они захотели доказать, что никакая другая среда не сможет сравниться с генами по своей долговечности и вместительности.
Для кодирования в формат ДНК исследователи выбрали 2 музыкальных произведения – песню группы Дип Перпл (Deep Purple) «Smoke on the Water» и композицию Майлса Дэвиса (Miles Davis) «Tutu». Бинарный код этих песен, состоящий из единиц и нулей, был переведен в последовательности, состоящие из основных азотистых оснований (A, C, G, T).
Затем эти соединения синтезировали и расположили в соответствии с двоичной последовательностью избранных музыкальных композиций. В виде единиц и нулей эти песни занимали 140 мегабайт жесткого диска, а после их конвертации в молекулу ДНК они стали размером не больше микроскопической песчинки. Завершающим этапом проверки нового способа хранения информации стала обратная конвертация файла из молекулярного формата в двоичный, и ни одна композиция от этого никак не пострадала.
3. Воссоздание лиц преступников по образцам их ДНК
Преступники, чья генетическая информация попала в базу данных служб правопорядка, имеют все основания возненавидеть собственную ДНК, следы которой они нередко оставляют на местах своих злодеяний. Совпадение этих данных очень быстро посадит за решетку любого виновного. Другое дело, что расследование обычно заходит в тупик, если на месте преступления обнаружены биологические следы злоумышленника, который раньше никогда не попадался полиции.
2. Кража генов
Микроскопические подводные организмы под названием тихоходки недавно не на шутку поразили ученых своей ДНК. Расшифровка генома этого существа позволила раскрыть тайну его невероятных способностей, которых раньше никто не мог объяснить.
Эти крошечные беспозвоночные организмы невероятно выносливые. Они могут выживать в космосе, в смертельном холоде (до – 271°C на протяжении 8 часов), в условиях экстремально жарких температур (1 час в кипящей воде), под воздействием высочайшего давления (до 600 МПа), радиации (до 570 000 рентген, для человека смертельная доза – всего 500 рентген) и могут обходиться без воды и еды почти 10 лет. Тардиграды (другое название типа) – настоящие супергерои царства животных!
Причиной такой живучести тихоходок, возможно, является их талант «воровать» гены других форм жизни. Более сложные животные и люди таким качеством не обладают, и оно распространено в основном среди вирусов. Процесс «кражи» назвали горизонтальным переносом генов, и большинство видов живых организмов обычно перенимают до 1% чужих ДНК, в то время как тардиграды способны «украсть» до 17,5%. В случаях такого массового переноса речь идет о почти 38 тысячах заимствованных генов, которые изначально когда-то принадлежали бактериям, грибкам, растениям и археям (животный организм).
1. С помощью ДНК можно взламывать компьютеры
Это звучит как история из фильма про далекое будущее, но на самом деле такое фантастическое достижение уже было совершено в реальной жизни. Да-да, ученые взломали компьютер с помощью молекулы ДНК. В 2017 году группа исследователей из Университета Вашингтона (University of Washington) создала вредоносную программу и закодировала ее в последовательность генов.