Máy khâu có thể khâu DNA lại với nhau không?

Chúng tôi không trách bạn vì muốn biến DNA thành dự án may vá của bạn. Xét cho cùng, DNA tạo nên mã di truyền của chúng ta và như vậy, nó có sức mạnh sinh học to lớn. Nó cho các tế bào của chúng ta biết phải làm gì. Trái ngược với nói, khi chúng ta phát triển hai chân, hai chân chèo, đó là bởi vì các tế bào của chúng ta đang tuân theo các chỉ dẫn được mã hóa trong DNA của chúng ta. Và khi chúng ta phát triển các khối u, các tế bào của chúng ta cũng đang tuân theo hướng dẫn của DNA.

Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn có thể thay đổi mã di truyền của mình? Điều gì sẽ xảy ra nếu nó dễ dàng như chần bông? Bạn có thể ghép mã "cao" với mã "tối và đẹp trai", làm cho bạn cao, tối và đẹp trai?

Câu trả lời là "không" vang dội vì một số lý do. Đầu tiên, thông minh như các nhà di truyền học, họ vẫn chưa xác định chính xác hầu hết các gen làm cho chúng ta cao, đen và đẹp trai. Thứ hai, một khi chúng ta phát triển không chỉ là một quả bóng của một vài tế bào trong quá trình phát triển ban đầu, về mặt kỹ thuật sẽ rất khó để thay đổi DNA trong tất cả các tế bào của chúng ta. Ở người lớn, điều đó sẽ yêu cầu mày mò với khoảng 100 nghìn tỷ tế bào [nguồn: Boal ].

Có một lỗ hổng khác trong dự án của bạn - chiếc máy khâu đó . Nếu bạn cố gắng điều khiển DNA của mình bằng một chiếc máy khâu, bạn sẽ phá vỡ nó. Trung bình, kim của một máy may có đường kính khoảng 1 mm [nguồn: Schmetz ]. Chiều rộng nhiễm sắc thể của người nhỏ hơn ít nhất 500 lần [nguồn: Campbell và cộng sự ]. Ngoài ra, DNA thực sự khá mỏng manh. Nó không thể chịu được nhiều lực mà không bị vỡ. Trên thực tế, nếu bạn treo một chiếc kẹp giấy - thứ nhẹ hơn 50 triệu lần so với loại văn phòng - ở phần cuối của DNA, bạn sẽ phá vỡ nó [nguồn: Terao ].

Vì vậy, trừ khi bạn là một nhà khoa học có kỹ năng về liệu pháp gen, nếu không bạn không có thiết bị hoặc bí quyết để thay đổi DNA của mình. Nhưng may mắn thay, các tế bào của bạn làm được, và chúng kết hợp DNA lại với nhau mỗi ngày mà không cần sự giúp đỡ của bạn. Đọc tiếp để tìm hiểu về máy may của thiên nhiên.

Nếu bạn đã đọc Cách tế bào hoạt động , bạn biết rằng các tế bào của chúng ta phân chia. Đó là cách chúng ta duy trì bản thân, phát triển và sửa chữa những tổn thương. Nếu là người lớn, bạn có thể ngạc nhiên khi biết rằng 2 triệu tế bào trong tủy xương của bạn phân chia mỗi giây để giữ đủ hồng cầu trong máu [nguồn: Becker ].

Mỗi tế bào tủy xương mới của bạn đều trông và hoạt động giống như tế bào cũ. Tại sao? Bởi vì chúng có các hướng dẫn di truyền giống nhau ở dạng DNA . Các tế bào cũ phải mất nhiều công sức để sao chép DNA của chúng và chuyển nó cho các tế bào mới. Bạn có thể nghĩ rằng nó xảy ra giống như sao chép trên một máy sao chép, nơi các tế bào cũ giữ DNA cũ của chúng và các tế bào mới nhận được DNA mới. Nhưng những gì xảy ra thay vào đó giống như may vá hơn.

Nếu bạn có thể nhìn vào bên trong một trong các tế bào tủy xương cũ của mình, bạn sẽ thấy rằng DNA được tạo thành từ hai sợi được "khâu" lại với nhau bằng các liên kết hóa học. Khi tế bào phân chia, một loại enzyme "kéo", được gọi là helicase , sẽ tách hai sợi ra. Giống như những chiếc ghim nhỏ, các protein liên kết giữ hai sợi xa nhau. DNA polymerase , một loại enzyme giống như thợ may tốt nhất trong thành phố, đi theo khuôn mẫu của các sợi cũ và may thành một sợi mới được tạo ra từ các khối xây dựng trong tế bào. Sau khi các tế bào phân tách, mỗi tế bào có DNA "được điều chỉnh" tạo thành một sợi mới và một sợi cũ. Sao chép DNA là một quá trình phức tạp và tuyệt vời mà bạn có thể tìm hiểu trong Cách hoạt động của DNA .

Bây giờ chúng ta đã biết làm thế nào các tế bào của chúng ta hoàn thành quá trình này một cách ổn định và liên tục, hãy xem các nhà khoa học thợ may tham vọng so sánh như thế nào.

Điều này có thể không xảy ra trên máy khâu Singer hoàn chỉnh với bàn đạp chân, nhưng các nhà khoa học thường "khâu" các mảnh DNA của sinh vật này vào DNA của sinh vật khác. Kết quả được gọi là DNA tái tổ hợp hoặc " chimeric " , được đặt theo tên của chimeras, những sinh vật thần thoại có một phần sư tử, một phần dê và một phần rắn.

Thường thì các nhà khoa học sẽ chèn DNA của con người vào DNA của vi khuẩn hoặc nấm men [nguồn: Tamarin ]. Với một chút kỹ thuật bổ sung, vi khuẩn và nấm men có thể lấy DNA tái tổ hợp và làm theo hướng dẫn như thể không có gì xảy ra. Sau đó, các sinh vật tạo ra protein của con người. Quy trình này có nhiều ứng dụng trong nghiên cứu, công nghiệp và y học. Hiện tại, vi khuẩn và nấm men đang tạo ra một lượng lớn insulin người, được sử dụng để điều trị bệnh nhân tiểu đường [nguồn: Phòng thí nghiệm Quốc gia Cold Spring Harbor , Eli Lilly ].

Ngoài việc khâu DNA, các nhà khoa học cũng đang nắn nót. DNA của chúng ta được cuộn lại, cuộn lại, cuộn lại. Để nghiên cứu nó, bạn cần phải làm thẳng nó. Patrick Doyle, giáo sư kỹ thuật hóa học tại MIT, cho biết một cách phổ biến là gắn một hạt vào một trong hai đầu của DNA, lấy các hạt bằng tia laze và nhẹ nhàng kéo các hạt ra xa nhau.

Trên thế giới, các nhà khoa học làm gì với DNA thẳng? Trong How Epigenetics Works , bạn sẽ biết rằng thế giới bên ngoài, và thậm chí cả thế giới của cha mẹ chúng ta, có thể ảnh hưởng đến những hướng dẫn nào trong gen mà cơ thể chúng ta tuân theo. Môi trường có thể "nói chuyện" với tế bào của chúng ta thông qua các phân tử chỉ đạo việc đọc DNA của chúng ta. Bằng cách làm thẳng DNA, hoặc ít nhất là mở ra một chút, các nhà khoa học có thể nghiên cứu những sửa đổi này. Họ có thể theo dõi các protein gắn hóa chất vào DNA của chúng ta hoặc bật và tắt các gen. Một cách sử dụng khác của thủ thuật xâu chuỗi hạt là kiểm tra xem các loại thuốc dùng để liên kết với DNA có hoạt động hay không. Các nhà khoa học có thể nhận biết liệu thuốc có liên kết với DNA hay không bằng cách đo những thay đổi về độ căng của cuộn dây [nguồn: Doyle ].

­

Nếu những gì bạn muốn là máy móc, thì có - các nhà nghiên cứu đang chế tạo những thiết bị nhỏ không khâu nhưng có thể làm thẳng DNA. Doyle đang chế tạo một con tem có kích thước bằng con tem bưu chính gửi DNA trong một dòng chất lỏng qua một cái phễu, làm thẳng nó. Nó có thể trở thành một phần của cảm biến môi trường hút các sinh vật từ không khí và phát hiện các vi khuẩn nguy hiểm bằng trình tự DNA của chúng. Bạn có muốn đặt thiết bị của Doyle trong tầng hầm của mình, bên cạnh máy may của bạn không? Không quá nhanh: Nó không phải để bán và nó tốn hơn 10.000 đô la để làm.

Nhưng thiết bị đoạt giải vì có phần giống máy khâu DNA lại được đặt trong phòng thí nghiệm tại Đại học Kyoto. Lớn hơn một chút so với thẻ tín dụng, nó cũng sử dụng chất lỏng để đẩy DNA xung quanh một con chip. Trong một bài báo năm 2008 được xuất bản trên tạp chí Lab on a Chip, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng họ có thể mở ra một dải nhiễm sắc thể nấm men và sử dụng chất lỏng chảy và một cái móc nhỏ, bóc tách chúng ra và dán vào cột. Sau đó, để các nhiễm sắc thể cuộn lại một lần nữa, họ quấn chúng xung quanh hai ống cuộn [nguồn: Terao]. Những chiếc móc và ống cuộn có kích thước bằng một phần triệu mét - hàng nghìn có thể nằm gọn trên đầu của một chiếc đinh ghim. Mặc dù thiết bị này chưa được thử nghiệm trên DNA của con người, nhưng Doyle cho biết màn hình kỹ thuật của việc xử lý DNA dài, dễ bẻ gãy mà không làm đứt gãy nó là "khá tuyệt". Ông nói: “Của họ là một cách thông minh để lấy bất kỳ sợi DNA lớn cũ nào và di chuyển nó xung quanh.

Vì vậy, bạn không thể khâu ADN lại với nhau bằng máy khâu thông thường, nhưng các nhà khoa học có thể thao tác ADN vì lợi ích của chúng ta. Hãy tiếp tục đọc để xem các nhà khoa học đang làm gì trong lĩnh vực di truyền học.

Cảm tạ

Xin cảm ơn Ponzy Lu tại Đại học Pennsylvania và Patrick Doyle tại MIT đã giúp đỡ bài viết này.

Những bài viết liên quan

Các liên kết tuyệt vời hơn

Nguồn