16 Июня 2018

Интересные вещи, которые смогли провернуть учёные с ДНК

Опубликовал К.В. Кулик

Прогресс не стоит на месте, и особенно это касается развития технологий, в том числе и технологий будущего. Сюда можно отнести такую отрасль, как генная инженерия, идущая вперёд очень стремительно. Что касается ДНК, так это особая ниша, которую заполняют самыми передовыми технологиями и методами исследований. Это связано со многими причинами - прежде всего, с лечением болезней, которые до сих пор считаются неизлечимыми, анализу предрасположенностей к тем или иным особенностям, предупреждение аномалий и дефектов, корректировка внешности и даже частично эксплуатация механизмов ДНК, которые позволяют выявить связи, которые сделают возможным внедрения их в искусственный интеллект, доводя его до новых горизонтов совершенства.

Живые микросхемы

Генетические микросхемы, способные к передаче и воспроизведению информации, долгое время были мечтой биоинженеров всего мира, потому что при их помощи можно передавать и сохранять информацию в ДНК через десятки поколений. Применение таких микросхем имело бы довольно узкую направленность в той сфере, для которой их возможно было применять - например, в качестве датчиков окружающей среды или программаторов биосинтеза. Это позволило бы дифференцировать стволовые клетки и позволить их изменять на клетки иных типов, что безусловно, очень пригодилось бы в биоинженерии. Результат производимой схемой работы записывается в клетки и способно хранится 90 поколений. Это позволяет “достать” информацию даже в том случае, если клетка погибнет. Информация в живой микросхеме передаётся путём логического умножения. Долгое время основной  проблемой реализации такой микросхемы было то, что её необходимо было активировать при помощи электричества.

Стоит сказать о том, что входной сигнал способен изменять микросхему необратимо. Данную проблему с активацией было решено при помощи антрахинонов - вещества, заполняющего такие растения как алоэ вера или крушину. С их помощью, зажав их между участками ДНК, стало возможным добиться тех самых нужных окислительно-восстановительных реакций, которые и были нужны для работы микросхемы. Важным плюсом также является то, что соединение, использованное здесь, является веществом природного происхождения, с высокой способностью к приспособлению и имплантации. Суть данного процесса такова, что во время происходящей реакции окислительно-восстановительного типа электроны заряжают определённые молекулы, сами при этом освобождаясь из других. Продуктом этого взаимодействия является электрический импульс, посылаемый на участки цепи. Анахионы, стимулируясь электродами, создают напряжение, которое позволяет току проходить через микросхему. Это значит, что вскоре мы сможем узнать самые тонкие детали строения клеток, ведь подобные устройства могут быть действительно очень малы, а значит, проникать в клеточные мембраны для их исследования. Это положит путь к изучению механизмов заболеваний на очень высоком уровне, позволяя находить схемы для их преодоления.

Благодаря уколу ДНК, возможно вылечить хромоту

Ноги кормят не только волков. Они приносят огромные доходы владельцам породистых скакунов и ипподромов, и эвтаназию для охромевшей лошади наряду с убытками при подобном несчастном случае. Лечение такой травмы дорогостоящее и не всегда гарантирует восстановление для животного. Решением данной проблемы обеспокоились учёные, которые предложили ввести в раненую ногу лошади два гена. Эта процедура была совершена обычным шприцом, в качестве инъекции же были использованы такие гены, как VEGF164 и BMP2. Укол был произведён в районе повреждённых сухожилия и связок. Результат эксперимента был ошеломительным - уже через два месяца хромые лошади не только поправились и полностью излечились, но и вернулись на скачки. Действие этих двух генов было таково, что они стимулировали рост повреждённых участков хрящевой ткани и соединительных связок, а также продуцировали развитие и рост новых кровеносных сосудов. Такой удивительный прогресс даёт надежду на использование его и для лечения людей с проблемами опорно-двигательного аппарата, позволяя их спасти от множества сковывающих движение болезней. Инъекция с генами была введена непосредственно в район повреждений, что даёт некоторую уверенность в том, что при лечении таким способом не понадобится предпринимать никаких особых дополнительных мер, как к примеру, наркоз или предварительная терапия.

Нахождение ДНК без человека

Историки, археологи  и антропологи многие годы долго и безуспешно пытаются заполнить все бреши в родословной человека. Ключом ко всем пробелам служит изучение ДНК людей, живших задолго до нас, и глубокий анализ взаимосвязей и изменений, которые происходили между поколениями. Останавливает всё это то, что антропологам возможно изучать подобные вещи только на основании того, что есть, а тел древних людей и их фрагментов в наличии не так много, ведь сохраниться спустя такое множество времени - задача трудная и порой невозможная ввиду многих факторов. Поэтому археологи прибегнули к простому способу, который позволил набрать огромное количество ДНК-образцов, при помощи простого просеивания грунта. Для высокой результативности данного в прямом смысле слова отсеивания было прибегнуто к отбору грунта, грязи и песка из древних археологических объектов возрастом от 14 тысяч лет.

Так, всего лишь в одной ложке песка умещается порядка триллиона образцов ДНК самых различных существ нашей планеты, существующих и доселе, и уже вымерших. Однако среди них всех самыми ценными и собственно важными являются образцы ДНК именно человека, поэтому все прочие образцы являют собой генетический шум, который необходимо устранить, либо же отделить их от прочих, грубо говоря, выловить из всего потока. Поэтому, чтобы извлечь ДНК, был создан крючок, состоящий из митохондриальной цепочки современного человека, которая способна поднимать только лишь человеческие гены. Подобный метод оказался очень действенным, ведь смог зацепить гены наших предков там, где не находили ни их тел, ни костей, ни намёка на то, что они когда-либо там содержались. Данный инструмент позволяет также отсеять геномы людей от ДНК неандертальцев.

Гены-кисточки

Поиски геномов, отвечающих за красивую окраску крыльев бабочек, обнаружили обескураживающие результаты. Вместо ожидаемого разнообразия генов их оказалось всего два вида. Как оказалось, гены WntA в совокупности с геном optix представляют собой своеобразный маркер, помечающий границы и контуры рисунка, а также служат краской для их заполнения. Это побудило учёных поэкспериментировать с комбинациями этих генов, и вывести определённые закономерности касательно их совокупностей и взаимодействия. Так было установлено, что отключение гена WntA приводит к нарушению определённого порядка рисунка, то есть нарушался баланс цвета, контрастность, границы непосредственно рисунков, становясь блеклым, тусклым и нечётким. Отключение гена optix делало изменения ещё более непредсказуемыми и интересными, например, окраска бабочек становилась тёмной или серой. Причём не только окрашивая крылья. Было установлено, что optix имеет огромное влияние на пигментирование организма.

Эмбриональная хирургия

В ходе экспериментов китайских учёных ими было создано эмбрионы человека в лабораторных условиях. Генетическим материалом послужили образцы крови и клонированные ткани с эмбрионами больного бета-талассемией. Эта болезнь вызывается тем, что в основаниях ДНК человека происходит сбой, который влечёт за собой сбой кроветворной функции и различные заболевания поджелудочной железы, печени и почек. Генных оснований у человека всего 4, сюда относятся тимин, гуанин, цитозин и аденин. Они отвечают за формирование организма и собственно управление телом человека. Если основание отклоняется от нормы в одном из своих генов, то его называют как “точечная мутация”. Такую мутацию имеют около двух третей всех генетических и мутационных заболеваний. С помощью такого метода как замена оснований, являющихся неправильными, то есть метода редактирования, можно излечить патологии такого типа и им подобные.

Кожа, которую не жалко

Многие любители хорошего загара нередко страдают от того, что их тяга к прекрасному, а именно к бронзовому цвету кожи приводит их к тому, что обгоревшая кожа их немножко покидает. Практическиу каждого человека, хоть раз обгоревшего на солнце, был случай, когда пострадавшая кожа слезала с повреждённых мест кусками, и особенно это касается обладателей нежной кожи. Кроме того, ультрафиолет способен разрушать ДНК кожных покровов, провоцируя их на заболевание раком. В 2017 году в ходе исследований специалистов по генетическим модификациям и генных инженеров посетила несколько экстравагантное как с точки зрения простого потребителя мысль, разработать и использовать для защиты кожного покрова ДНК, экстрагированной из спермы лосося. Крем, который изготавливается из неё, обладает солнцезащитными свойствами, принимая на себя весь основной удар ультрафиолетовых лучей. Это обещает настоящий рай для тех, кто любит находиться на жаре продолжительное время. Крем может удерживать за своей защитной плёнкой влагу, защищая кожу. По сути, это и есть вторая кожа. Данную технологию можно применить и для качественно новых перевязок, используемых для оказания неотложной помощи. Немаловажным плюсом, заставляющим задуматься в пользу изучения этой технологии является то, что прозрачная кристаллическая структура позволяет врачам наблюдать за процессом, происходящим под перевязкой.

Хранение музыки с помощью ДНК

Хранение информации в современном мире представляет сложную задачу, ведь наряду с развитием технологий, позволяющих улучшать качество, информационные данные занимают всё больше и больше места, а его по-прежнему сколько бы не оказалось у вас в наличии, будет не хватать и его будет мало. Пристальное внимание специалистов привлекло направление исследований, которые предполагают высокую накопительную способность для хранения всех необходимых данных с помощью ДНК. Вслед за этим было перекодировано два музыкальных файла из двоичной системы в генетический код, использующий четыре основания. Затем было синтезировано искусственные основания, которые были полным соответствием бинарному коду музыкальных произведений, записанных на жёстком диске. В качестве ДНК музыкальные аудиофайлы занимают пространство чуть менее крохотной пылинки, тогда как цифровые аналоги заняли около 140 МБ на жёстком диске. Структура ДНК настолько универсальна, что позволяет таким образом перекодировать разные типы информации, например, данные операционной системы или баз данных. Такое открытие предполагает возможность сохранить абсолютно все данные, имеющиеся на нашей планете, используя объём носителя габаритами не превышающего среднестатистической комнаты, и это только на уровне тех технологий, которые мы сейчас имеем.

Правонарушителей стало возможно отследить по ДНК

Оставленная правонарушителями на местах преступлений ДНК может серьёзно им навредить благодаря новейшей технологии, позволяющей смоделировать лицо преступника по остаткам его ДНК. Если раньше такие остатки не имели весомого вклада в расследование, если они ни к чему не вели, то теперь преступникам следует серьёзно опасаться того, что их стало возможным отследить с высокой долей вероятности. Технологию составления лица преступника по оставленному им геному называют фенотипированием, и оно существенно послужит на пользу правоохранительным органам, избавив их от сотен зашедших в тупик дел. Программное обеспечение на основе полученных генетических данных строит формы черт лица и черепа подозреваемого. Также данное фенотипирование может использоваться для добавления отсутствующих черт у неопознанных жертв.