100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Открытия и технологии, связанных с молекулой ДНК и генами (видео)

Открытия и технологии, связанные с молекулой ДНК

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Читайте так же:
Может ли ветер дуть сразу с двух сторон?
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.

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.

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).

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.

ДНК: история одной макромолекулы

Открытие ДНК произошло в 1869 году швейцарским биохимиком Фридрихом Мишером, но потребовалось более 80 лет, чтобы важность этого открытия была полностью осознана. И даже сегодня, по прошествии более 150 лет, новые исследования и технологии продолжают предлагать более глубокое понимание вопроса: почему важна ДНК?

Наследственный материал человека, известный как дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК, представляет собой длинную молекулу, содержащую информацию, необходимую организму для развития и размножения. ДНК находится в каждой клетке тела и передается от родителя к ребенку.

ДНК является самовоспроизводящимся материалом, который есть в каждом живом организме. Проще говоря, это носитель всей генетической информации. Он содержит своеобразные инструкции, необходимые организму для развития, роста, размножения. Это одна длинная молекула, которая содержит наш генетический «код». Этот «код» является отправной точкой для нашего развития, но влияние внешних факторов, таких как наш образ жизни, окружающая среда и питание, в конечном итоге формируют человека.

Из чего состоит ДНК?
  • аденин (А)
  • цитозин (С)
  • гуанин (G)
  • тимин (T)

Строение ДНК.jpg

Скачать наглядный материал в большом разрешении

ДНК человека уникальна тем, что состоит из почти 3 миллиардов пар оснований, и около 99 процентов из них одинаковы для каждого человека. Тем не менее, именно последовательность этих оснований определяет, каким будет этот организм.

Подумайте о ДНК как об отдельных буквах алфавита — буквы объединяются друг с другом в определенном порядке, образуя слова, предложения и истории. Та же самая идея верна для ДНК: то, как азотистые основания упорядочены в последовательностях ДНК, формирует гены, которые «говорят» вашим клеткам, как производить белки. Рибонуклеиновая кислота (РНК), другой тип нуклеиновой кислоты, образуется в процессе транскрипции (при репликации ДНК). Функция РНК заключается в том, чтобы транслировать генетическую информацию из ДНК в белки, когда она декодируется рибосомой.

Читайте так же:
Продукты с отрицательной калорийностью — возможно ли такое?
Как работает ДНК ?

ДНК содержит жизненно важную информацию, которая передается из поколения в поколение. Молекулы ДНК в ядре клетки плотно обвиваются, образуя хромосомы, которые помогают хранить важную информацию в виде генов.

ДНК работает путем копирования себя в эту одноцепочечную молекулу под названием РНК. РНК похожа на ДНК, но она содержит некоторые существенные молекулярные различия, которые выделяют ее. РНК действует как посланник, передавая жизненно важную генетическую информацию в клетке от ДНК через рибосомы для создания белков, которые затем образуют все живое.

Как была обнаружена ДНК?
Кто открыл ДНК?

Полный ответ на вопрос, кто открыл ДНК, сложен, потому что, по правде говоря, многие люди внесли свой вклад в то, что мы знаем об этом сейчас.

1866 — Грегор Мендель, известный как «Отец генетики», был фактически первым, кто предположил, что характеристики передаются из поколения в поколение. Мендель обосновал термины, которые мы все знаем сегодня: рецессивные и доминирующие признаки.

1869 — Фридрих Мишер идентифицировал «нуклеин», выделив молекулу из ядра клетки, которая впоследствии стала известна как ДНК.

1881 — лауреат Нобелевской премии немецкий биохимик Альбрехт Коссель, которому приписывают наименование ДНК, идентифицировал нуклеин как нуклеиновую кислоту. Он также выделил те пять азотистых оснований, которые в настоящее время считаются основными строительными блоками ДНК и РНК: аденин (A), цитозин ©, гуанин (G) и тимин (T) (который заменяется урацилом (U). ) в РНК).

1882 — Вскоре после открытия Косселя Вальтер Флемминг обнаружил митоз в 1882 году, став первым биологом, который выполнил полностью систематическое исследование деления хромосом. Его наблюдения, что хромосомы удваиваются, важны для позже обнаруженной теории наследования.

Начало 1900-х годов — Теодор Бовери и Уолтер Саттон независимо работали над тем, что сейчас известно как теория хромосом Бовери-Саттона или хромосомная теория наследования. Их выводы являются основополагающими в нашем понимании того, как хромосомы переносят генетический материал и передают его из поколения в поколение.

1944 — Освальд Эвери обосновал, что ДНК, а не белки, трансформируют свойства клеток.

1944 — 1950 — Эрвин Чаргафф обнаружил, что ДНК отвечает за наследственность. Его открытия, известные как «Правила Чаргаффа», доказали, что единицы гуанина и цитозина, а также единицы аденина и тимина одинаковы в двухцепочечной ДНК, и он также обнаружил, что ДНК различается у разных видов.

Конец 1940-х годов — Барбара Мак-Клинток обнаружила мобильность генов. Ее открытие «прыгающего гена» или идеи о том, что гены могут перемещаться по хромосоме, принесло ей Нобелевскую премию по физиологии.

1951 — работа Розалинд Франклин доказала спиральную форму ДНК, что было подтверждено Уотсоном и Криком почти два года спустя. Ее выводы были признаны только посмертно.

25 апреля 1953 — Уотсон и Крик, опираясь на достижения Чаргаффа и Франклин, опубликовали структуру двойной спирали ДНК. Этот день во всем мире отмечается как день ДНК.

10 невероятных трюков, которые ученые впервые провернули с ДНК

Мир ДНК — это буквально кроличья нора. Каждый шаг приводит нас к новым и даже страшным открытиям. Чем больше ученые исследуют и оттачивают эти молекулы жизни, тем «страньше и страньше» становятся научные ходы. Границы между биологией и технологиями размываются, иногда к худшему. Но ДНК сама по себе дает нам простые ответы о том, как лечить сложные заболевания, хранить информацию и даже как выглядит преступник.

ДНК еще слишком мало изучено

Живые микросхемы

Ученые пытаются разгадать тайну изменения человеческой ДНК в космосе

Когда ученые мечтали о новом способе взглянуть на молекулы и процессы в клетках, на их пути стояла одна преграда. Они хотели создать устройство на основе ДНК, которое будет действовать как единая микросхема, включаться и выключаться. Проблема была в том, что переключатель нужно было активировать электричеством.

Наконец, ученым удалось решить эту проблему, зажав антрахиноны (вещество такое) между небольшими участками ДНК. Это природное соединение с удовольствием приспособилось к имплантации и было способно производить окислительно-восстановительные реакции.

Во время окислительно-восстановительных процессов электроны заряжают определенные молекулы, покидая другие. Результатом является электрический импульс. При стимуляции наконечником электрода антрахиноны отлично справились с этой задачи. В зависимости от того, сколько электронов они захватили, схемы либо проводили ток, либо нет.

Переключатели, каждый из которых в тысячу раз тоньше волоса, прокладывают путь для микроскопических молекулярных устройств. Адаптации этого измененного генетического кода могут позволить нам изучать химические реакции внутри клеток как никогда прежде, с особым упором на те, что связаны с болезнью.

Читайте так же:
Как наш организм понимает, что пора просыпаться?

Укол ДНК лечит хромоту

ДНК терапия может использоваться в медицине

Хромые беговые скакуны сталкиваются с эвтаназией, зачастую с большими финансовыми потерями для владельца. Часто она проявляется у лошадей, которые падают или стареют, но обычные процедуры лечения слишком долгие и не гарантируют качественную жизнь в дальнейшем.

Не так давно эта страшная проблема была решена простым шприцем. Ученые взяли два гена и ввели их в ноги хромых лошадей. Результаты были поразительные. Травмы не только излечились, но и лошади вернулись на ипподром через два месяца, где участвовали в соревнованиях.

Революционные гены VEGF164 и BMP2 были введены прямо в поврежденные связки и сухожилия. ДНК поощрила развитие новых кровеносных сосудов, костей и хрящей, которые обзавелись отличной тканью. Этот метод лечения пока не является основным, но обещает изменить многое как в ветеринарных лечебницах, так и в больницах для людей. Испытуемые лошади оставались в пиковом состоянии в течение года после получения лечения, что дает надежду на то, что однажды этот метод может помочь людям с проблемами сухожилий, разрывом связок и даже травмами позвоночника.

Крючок на человека

Многие загадки истории открываются с помощью ДНК

Родословная человека остается неполной, несмотря на десятки лет исследований. Антропологи могут исследовать только то, что есть в наличии, а скелетов первых людей и других гоминид не так много. Однако новые методы позволяют находить древнюю ДНК без тел.

В Бельгии, Хорватии, Франции, России и Испании собирали грязь и просеивали на предмет человеческой ДНК. Чтобы повысить шансы, все 85 образцов были взяты из археологических объектов возрастом 14 000-550 000 лет. Результаты тестов были наводнены генами.

В одной чайной ложке песка нашли триллионы фрагментов ДНК. Шерстистые носороги, мамонты, пещерные медведи, древние гиены — все они затрудняли поиск гоминид. Чтобы убрать этот генетический шум, исследователи прибегли к рыбалке. Они создали своего рода крючок из современной митохондриальной ДНК. Так как она принадлежала человеку, она поднимала только подобную ДНК из мешанины генов.

Примечательно, что молекулярный инструмент зацепил цепочки неандертальцев в местах, где не находили ни их костей, ни инструментов. Нашлась даже ДНК от крайне редкого представителя предков, денисовского человека. Техника ловли генов на крючок может ответить на давние вопросы о том, какие места и артефакты принадлежат людям, а какие — неандертальцам или совершенно неизвестным гоминидам.

Гены-кисточки

Гены отвечают за эволюцию

Когда ученые искали сложную ДНК, отвечающую за красивые крылья бабочек, их ждал сюрприз. Вместо ожидаемой сети генов они нашли только два. Гены WntA и optix ведут себя как карандаш, рисующий контуры изображений, и краска, которая эти контуры окрашивает.

Предыдущие исследования предполагали участие этой пары художников и связывали optix с красным и оранжевым. Но их исключительное влияние обнаружилось только тогда, когда ученые начали экспериментировать с этими «генами-кисточками».

Когда WntA отключали, порядок исчезал. Линии тускнели, цвета сливались друг с другом, рисунки исчезали. Отключение optix приводило к более интересным результатам. Бабочки становились серыми или черными, причем не только в крыльях.

Неожиданный поворот произошел в случае обычной «глазастой» бабочки Юнония коения. Пятна синей радужки усеивали крылья там, где их раньше не было. Это показало, что optix также влияет на пигментацию на физическом уровне.

Оба гена, как представляется, приводили к основным эволюционным изменениям и способностям, включая мимикрию в качестве защиты.

Эмбриональная хирургия

Исследования ДНК активно применяются в хирургии

В попытке вылечить опасное заболевание крови, китайские ученые создали человеческие эмбрионы в лаборатории. В 2017 году в проекте участвовали клонированные эмбрионы и ткани, взятые у пациента, страдающего бета-талассемией.

Как и многие генетические заболевания, бета-талассемия вызывается сбоем в основаниях ДНК человека. Генетический код человека состоит из четырех оснований — аденина, цитозина, гуанина и тимина (A, C, G и T). Они содержат все руководство по формированию человека и управлению телом.

Ненормальное основание называется точечной мутацией. Его всегда связывали с двумя третями генетических заболеваний. Чтобы найти точечную мутацию для бета-талассемии, ученые просканировали три миллиарда «букв» генетического кода.

Оказалось, что одна из G была не на своем месте. Метод редактирования оснований заменил его на A и вылечил заболевание на уровне ДНК. В будущем система редактирования оснований может дать положительные результаты по другим наследственным заболеваниям.

Жертвенная кожа

Хотели бы загорать и никогда не «сгорать»?

Любители солнца скоро смогут позагорать, не беспокоясь о повреждении кожи. Ультрафиолетовые лучи Солнца могут разрушать ДНК, а риски рака, связанные с загоранием, давно известны.

В 2017 году ученые придумали гениальную идею. Солнцезащитный крем, сделанный из ДНК спермы лосося, поглощает ультрафиолет почти так же, как вторая кожа. Чем дольше его облучает солнечный свет, тем лучше. Те, кто любит жариться часами, больше не будут переживать об обезвоживании кожи. Рыбная пленка удерживает влагу.

Читайте так же:
Как перетягивают кожу на руле

Применение, включающее воду и этанол, может иметь более широкое хождение, чем просто солнцезащитный крем. Это бесцветное вещество можно использовать в качестве неотложной или срочной перевязки. Его кристаллическая природа также позволит врачам наблюдать за излечением, не снимая покрытия.

ДНК может хранить музыку

Ученые доказали, что музыка может снижать болевые ощущения

Пытаясь помочь миру решить проблему с хранением информации, ученые обратились к ДНК. Они хотели доказать, что никакая другая среда не сравнится с ней по накопительной способности или надежности.

Не так давно два музыкальных произведения — Smoke on the Water (Deep Purple) и Tutu (Miles Davis) — стали файлами ДНК. Их двоичный код, цифровой язык, состоящий из единиц и нулей, был преобразован в генетические основания (A, C, G и T).

В свою очередь были созданы синтетические основания, расположенные в соответствии с бинарными последовательностями музыки. Песни занимали 140 МБ на жестком диске. Но превратившись в ДНК, они едва ли были больше пылинки. Файлы были восстановлены путем обращения процесса, и ни один сегмент не был поврежден.

Универсальная природа ДНК означает, что таким образом можно хранить не только музыку. Другая информация, которую ученые превратили в генетику, включала фильм, компьютерный вирус и даже целую компьютерную операционную систему.

Плотность такой системы позволит в один прекрасный день сохранить все данные Земли в одной комнате. При определенных условиях генетические файлы могут храниться тысячелетиями.

Определение правонарушителей по генам

ДНК преступников отличается от нашего

Преступники с генетической информацией, которая хранится в базах данных, имеют все причины ненавидеть ДНК, оставленную ими на местах преступления. Сопоставление быстро приведет к их осуждению или поимке. Проблемой было обвинить преступника, не имея никаких предварительных записей. Если место преступления было усеяно анонимными генами, дело рисковало стать «глухим».

Новая криминалистическая техника может составить лицо преступника на основе его или ее генетических останков. Так называемое фенотипирование ДНК может рассказать исследователям о реальном цвете волос, глаз и кожи человека, географической родословной и более тонких деталях, таких как веснушки.

Гены могут многое рассказать о физическом облике человека. Чтобы усовершенствовать технику и повысить точность определения лицевых черт, ученые сканировали лица и ДНК добровольцев. Программное обеспечение ищет точки пересечения генетических точек и форм челюстей, щек и носов.

Образцы, которые были идентифицированы, сделали фенотипирование способным к предоставлению достаточной информации для компиляции цифровых снимков. С другой стороны, его можно использовать для добавления деталей к черепам неопознанных жертв.

Кража генов

Украсть гены — задача не из простых

Водоплавающий организм тихоходка отличается чудовищной живучестью и странными генами. Геном этого существа был секвенирован, чтобы мы больше узнали о его сверхспособностях. Эти микроскопические беспозвоночные могут выживать в космосе, при температуре замерзания и кипения, при невероятном давлении, радиации и десятилетий без пищи и воды.

Причиной всего этого может быть способность тихоходок красть гены у других форм жизни. Животные и люди проходят через этот процесс — горизонтальный перенос генов — главным образом благодаря вирусам. Большинство видов содержит 1% чужой ДНК, в то время как залежи чужих генов у тихоходок просто колоссальны — до 17,5%.

По разным оценкам, 6000 украденных генов принадлежат бактериям, грибам, растениям и археям. У тихоходок есть механизм выживания, в процессе которого они избавляются от воды. Это разрушает их ДНК. Во время регидратации геном снова собирается и, возможно, поглощает чужие кусочки.

Те, которые передаются следующему поколению, делают тихоходок более живучими. В частности, бактериальные гены более выносливым в экстремальных условиях, чем гены животных.

ДНК может взламывать компьютеры

На первый взгляд может показаться, что этот заголовок взят из фабулы фильма про шпионов. Но в 2017 году ученые в Университете Вашингтона взяли вредоносное ПО и закодировали его в синтетических основаниях ДНК.

Скачок от биологического к цифровому произошел, когда компьютер секвенировал цепочку. Когда программное обеспечение изменило комбинации A, C, G и T, превратив их обратно в компьютерный код, вирус был выпущен и предоставил ученым полноценный удаленный доступ к компьютеру. Хотя такого рода взломы не используются в настоящее время, они будут, дайте им время.

Редактирование гена для чайников: как открытие Дженнифер Дудны и Эмманюэль Шарпантье изменило биологию и принесло им Нобелевскую премию

Присуждение Нобелевской премии за изобретение технологии редактирования геномов Дженнифер Дудне и Эмманюэль Шарпантье было лишь вопросом времени — трудно найти за последние два десятилетия пример технологии, которая в большей степени революционизировала науки о жизни. При этом следует понимать, что технологии направленного изменения геномов живых организмов существовали и раньше: научная дисциплина «генная инженерия» насчитывает минимум полувековую историю. Однако ранние методы требовали больших усилий и времени, а успех не всегда был гарантирован. Поэтому то, что сделали Дженнифер и Эмманюэль, действительно стало этапным моментом.

Читайте так же:
Советы, которые помогут сделать волосы красивыми, блестящими и здоровыми — изучаем в общих чертах

В 2012 году они обнаружили неожиданное применение системы бактериального иммунитета — молекулярного механизма, с помощью которого бактерии обнаруживают внутри себя геном паразита — бактериального вируса — и обезвреживают его. Дудна и Шарпантье показали, что с помощью этого механизма можно разрезать в наперед заданной точке любую молекулу ДНК, не только ДНК бактерий, а любого организма. Дальнейшее оказалось делом техники: если вы можете «раскусить» с помощью белка-фермента определенную последовательность ДНК, клетки станут залечивать этот разрыв, а в процессе залечивания можно внести в место разрыва нужные вам изменения.

Демонстрация того факта, что эти «ножницы», используемые бактерией для борьбы с вирусами, можно вынуть из бактерии и использовать в пробирке или в клетках высших организмов для направленного изменения любой последовательности ДНК, открыло эру геномного редактирования нового типа — иногда его называют «редактированием для чайников». Возникли разговоры о том, что теперь биохакеры могут делать это «в гаражах», как в 70-е годы основоположники компьютерной революции создавали первые персональные компьютеры и продукты для них. На самом деле это, конечно, далеко не так просто. Тем не менее, открылось огромное поле возможностей для самых разных ученых, изучающих и бактерии, и растения, и животных, и людей. Вдруг стало возможным адресно изменять интересующие места генома и смотреть, что из этого получится.

Наверное, самый известный публике пример — это сомнительные с этической точки зрения опыты китайского генетика Хэ Цзянькуя по редактированию генома девочек-близнецов. Кстати, против этой работы очень резко выступила одна из сегодняшних нобелиаток, Дженнифер Дудна. Однако из технологии редактирования выросло огромное множество практических приложений. К примеру, сейчас в стадии клинических испытаний находятся методики, использующие геномное редактирование для лечения некоторых форм рака легких, болезней типа мышечной дистрофии Дюшенна, проблем, связанных со старческой дегенерацией сетчатки, а также многих лейкемий.

Что касается немедицинских применений, то многие из них уже реализованы на коммерческой основе. Получен целый ряд сельскохозяйственных животных и растений, обладающих заданными свойствами. Вот несколько анекдотичный пример: как известно, в магазинах шампиньоны на срезах быстро темнеют. С точки зрения продавца, это плохо, потому что покупатели не хотят покупать черные шампиньоны, а хотят белые. Выяснилось, что ген, который кодирует белок, ответственный за потемнение, можно разрушить, используя технологию CRISPR-cas. И вот в США пару лет назад были одобрены к использованию шампиньоны с отредактированным геномом. Теперь потребитель может покупать старые шампиньоны по цене свежих. И это прекрасно: это и доказывает, что наука очень полезная вещь.

Если же говорить серьезно, то сегодня, по моим оценкам, объем рынка технологий, основанных на CRISPR-cas, составляет около $2 млрд. По другим оценкам, к 2027 году он достигнет $10 млрд.

К сожалению, сегодняшнюю нобелевскую премию омрачает одна не очень красивая история. Мой друг и коллега Виргиниюс Шикшнис из Вильнюсского университета сделал научную работу, которая по существу предвосхищала результаты Дудны и Шарпантье. Написанная им статья была представлена к публикации раньше, чем работы Шарпантье и Дудны, однако прошла много мытарств, а в результате была опубликована позже, и не в престижном Science, а в чуть менее респектабельном PNAS. Формальный приоритет Шикшниса признает большинство научного сообщества, и он даже удостоился за свою работу премии Калви — норвежского аналога Нобелевки. Таким образом, Литва как государство никогда не была так близка к тому, чтобы гордиться собственным нобелевским лауреатом, как сегодня. К сожалению, этого не произошло.

Следует упомянуть и еще одно имя — Фэна Чжана из Института Брода (MIT). Буквально через полгода после выхода работы Дудны он сделал следующий шаг, показав, что методику можно применять не только в пробирке, но и в живых клетках человека. В патентном споре с первооткрывателями метода Чжан одержал ряд побед. Однако с точки зрения фундаментальной науки это все же второй шаг: сперва надо было показать, что такое в принципе возможно, что и сделали нобелиаты. При этом, конечно, работе Чжана тоже нельзя не отдать должное.

Что ж, у любого открытия всегда есть много родителей. Это не умаляет того факта, что Дженнифер и Эмманюэль сделали первый шаг, положив начало огромной новой области биологических и медицинских исследований. Воспользуюсь этой колонкой, чтобы передать им мои поздравления.

Мнение автора может не совпадать с точкой зрения редакции

Бизнес на молекулах: 6 стартапов, зарабатывающих на генетических исследованиях

Бизнес на молекулах: 6 стартапов, зарабатывающих на генетических исследованиях

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию