Czy maszyna do szycia może zszyć DNA?

Nie obwiniamy Cię, że chcesz uczynić DNA swoim projektem szycia. W końcu DNA tworzy nasz kod genetyczny i jako takie ma ogromną moc biologiczną. Mówi naszym komórkom, co robić. Kiedy rośniemy dwie stopy, w przeciwieństwie do dwóch płetw, dzieje się tak dlatego, że nasze komórki postępują zgodnie z instrukcjami zakodowanymi w naszym DNA. A kiedy rozwijamy guzy, nasze komórki również postępują zgodnie z instrukcjami DNA.

Co by było, gdybyś mógł zmienić swój kod genetyczny? A gdyby to było tak proste jak pikowanie? Czy możesz połączyć kod „wysoki” z kodem „ciemny i przystojny”, by stać się wysokim, ciemnym i przystojnym?

Odpowiedzią jest głośne „nie” z kilku powodów. Po pierwsze, choć genetycy są sprytni, wciąż nie zidentyfikowali większości genów, które czynią nas wysokimi, ciemnymi i przystojnymi. Po drugie, kiedy na wczesnym etapie rozwoju wyrośniemy poza kulę kilku komórek, zmiana DNA we wszystkich naszych komórkach staje się technicznie bardzo trudna. U dorosłych wymagałoby to majsterkowania przy około 100 bilionach komórek [źródło: Boal ].

W twoim projekcie jest jeszcze jedna wada – ta maszyna do szycia . Gdybyś próbował manipulować swoim DNA za pomocą maszyny do szycia, zmiażdżyłbyś je. Średnio igła maszyny do szycia ma średnicę około 1 milimetra [źródło: Schmetz ]. Szerokość ludzkiego chromosomu jest co najmniej 500 razy mniejsza [źródło: Campbell i wsp .]. Ponadto DNA jest w rzeczywistości dość kruche. Nie może wytrzymać dużej siły bez pęknięcia. W rzeczywistości, gdybyś zawiesił spinacz do papieru – taki, który był 50 milionów razy lżejszy niż wersja biurowa – na końcu DNA, złamałbyś go [źródło: Terao ].

Więc jeśli nie jesteś naukowcem doświadczonym w terapii genowej, nie masz sprzętu ani wiedzy, jak zmieniać swoje DNA. Ale na szczęście twoje komórki to robią i codziennie łączą DNA bez twojej pomocy. Czytaj dalej, aby dowiedzieć się o maszynie do szycia natury.

Jeśli czytałeś Jak działają komórki , wiesz, że nasze komórki dzielą się. W ten sposób dbamy o siebie, rośniemy i naprawiamy kontuzje. Jeśli jesteś dorosły, możesz być zaskoczony, gdy dowiesz się, że 2 miliony komórek w szpiku kostnym dzielą się co sekundę, aby utrzymać wystarczającą ilość czerwonych krwinek we krwi [źródło: Becker ].

Każda z nowych komórek szpiku kostnego wygląda i zachowuje się tak samo jak stare. Czemu? Ponieważ mają te same instrukcje genetyczne w postaci DNA . Stare komórki zadają sobie wiele trudu, aby skopiować swoje DNA i przekazać je nowym komórkom. Można by pomyśleć, że dzieje się to jak kopiowanie na maszynie kopiującej, gdzie stare komórki zachowują swoje stare DNA, a nowe komórki otrzymują nowe DNA. Ale to, co dzieje się zamiast tego, przypomina bardziej szycie.

Gdybyś mógł zajrzeć do wnętrza jednej z twoich starych komórek szpiku kostnego, zobaczyłbyś, że DNA składa się z dwóch nici „zszytych” wiązaniami chemicznymi. Kiedy komórka się dzieli, enzym „nożyczki”, zwany helikazą , rozrywa dwie nici. Jak małe szpilki, białka wiążące utrzymują dwie nici od siebie. Polimeraza DNA , enzym, który jest najlepszym krawcem w mieście, podąża za szablonem starych nici i szyje nową nić złożoną z elementów budulcowych w komórce. Po podziale komórek, każda z nich ma „dopasowane” DNA złożone z nowej i starej nici. Replikacja DNA to niesamowity i skomplikowany proces, o którym możesz się dowiedzieć w artykule Jak działa DNA .

Teraz, gdy wiemy, jak nasze komórki sprawnie i stale kończą ten proces, zobaczmy, jak porównują się początkujący naukowcy zajmujący się szwaczkami.

Może się to nie zdarzyć na maszynie do szycia Singera wyposażonej w pedał nożny, ale naukowcy często „szyją” fragmenty DNA jednego organizmu w DNA innego. Rezultatem jest rekombinowany lub „ chimeryczny ” DNA , nazwany na cześć chimer, mitycznych stworzeń, które są po części lwem, po części kozą i po części wężem.

Często naukowcy wstawiają ludzkie DNA do DNA bakterii lub drożdży [źródło: Tamarin ]. Przy odrobinie dodatkowej inżynierii bakterie i drożdże mogą przejąć zrekombinowane DNA i postępować zgodnie z instrukcjami, jakby nic się nie stało. Organizmy następnie wytwarzają ludzkie białka. Proces ma wiele zastosowań w badaniach naukowych, przemyśle i medycynie. Obecnie bakterie i drożdże wytwarzają ogromne ilości ludzkiej insuliny, która jest używana w leczeniu cukrzycy [źródła: Cold Spring Harbor National Laboratory , Eli Lilly ].

Oprócz szycia DNA naukowcy również go prostują. Nasze DNA jest zwinięte, zwinięte, zwinięte. Aby go przestudiować, musisz go wyprostować. Jednym z popularnych sposobów jest przymocowanie kulki do dowolnego końca DNA, podniesienie kulek za pomocą wiązki laserowej i delikatne rozdzielenie kulek, mówi Patrick Doyle, profesor inżynierii chemicznej w MIT.

Co na świecie robią naukowcy z wyprostowanym DNA? Z książki How Epigenetics Works dowiesz się, że świat zewnętrzny, a nawet świat naszych rodziców, może wpływać na to, którą z instrukcji zawartych w naszych genach kieruje się nasze ciało. Środowisko może „rozmawiać” z naszymi komórkami poprzez cząsteczki, które kierują odczytem naszego DNA. Prostując DNA, a przynajmniej trochę go rozwijając, naukowcy mogą badać te modyfikacje. Mogą obserwować, jak białka dołączają chemikalia do naszego DNA lub włączają i wyłączają geny. Innym zastosowaniem sztuczki z koralikami jest sprawdzenie, czy leki, które mają wiązać się z DNA, będą działać. Naukowcy mogą wykryć, czy lek związał się z DNA, mierząc zmiany napięcia cewki [źródło: Doyle ].

­

Jeśli chcesz maszyn, tak – naukowcy budują małe urządzenia, które nie szyją, ale prostują DNA. Doyle robi jeden rozmiar znaczka pocztowego, który przesyła DNA w strumieniu płynu przez lejek, prostując go. Może stać się częścią czujnika środowiskowego, który zasysa organizmy z powietrza i wykrywa niebezpieczne drobnoustroje na podstawie ich sekwencji DNA. Czy chciałbyś umieścić urządzenie Doyle'a w swojej piwnicy, obok maszyny do szycia? Nie tak szybko: nie jest na sprzedaż, a jego wykonanie kosztuje ponad 10 000 USD.

Ale urządzenie, które zdobyło nagrodę za nieco przypominające maszynę do szycia DNA, znajduje się w laboratoriach Uniwersytetu w Kioto. Nieco większy niż karta kredytowa, wykorzystuje również płyn do przesuwania DNA na chipie. W artykule opublikowanym w 2008 roku w czasopiśmie Lab on a Chip naukowcy wykazali, że potrafią rozwinąć zwitek chromosomów drożdży i przy użyciu płynącego płynu i małego haczyka rozdzielić je i przykleić do słupków. Następnie, pozwalając chromosomom ponownie zwinąć się, owinęli je wokół dwóch szpul [źródło: Terao]. Haki i szpule mierzą w milionowych częściach metra – na główce szpilki zmieściłyby się tysiące. Chociaż urządzenie nie zostało przetestowane na ludzkim DNA, Doyle mówi, że techniczne przedstawienie manipulacji długim, łatwo łamliwym DNA bez łamania go było „całkiem fajne”. „Ich był sprytnym sposobem na złapanie każdej starej, dużej nici DNA i przemieszczenie jej” – mówi.

Nie można więc zszyć DNA za pomocą konwencjonalnej maszyny do szycia, ale naukowcy mogą manipulować DNA dla naszej korzyści. Czytaj dalej, aby zobaczyć, co jeszcze robią naukowcy w dziedzinie genetyki.

Szczególne podziękowania

Dziękuję Ponzy Lu z University of Pennsylvania i Patrickowi Doyle z MIT za pomoc przy tym artykule.

Powiązane artykuły

Więcej świetnych linków

Źródła