Mokslo naujienos: DNR laikmena

 

https://giphy.com/gifs/harvard-medical-school-seth-shipman-3o7btTvtseudix9pfO

Yra nemažai skaitmeninių laikmenų – USB raktai, SD kortelės, DVD ir t.t. Nuo šiol ir DNR galime pridėti prie šio sąrašo, kadangi neseniai Harvardo mokslininkams pavyko į gyvo organizmo DNR įrašyti GIF paveiksliuką. Tai liepos 12-ą dieną paskelbė Nature.

Harvardo universiteto komanda, vadovaujama genetiko George Church, suprato didžiulį DNR saugojimo pajėgumą po to, kai sėkmingai į gyvos bakterijos DNR įrašė nuotraukas. Penki kadrai, kuriuos mokslininkai pasirinko įrašyti į DNR, buvo nufotografuoti britų fotografo Eadweard Muybridge. Nuotraukų serija vaizduoja jojančią kumelę, kurios vardas Annie G. Nuotraukos buvo padarytos 1887 metais. DNR apdorojimas sparčiai tobulėja ir jau greitai bus galima įrašyti visą „Žvaigdžių karų“ seriją, visas mėgstamiausias dainas ir kiekvieną kačiuko paveikslėlį į mažą įtaisą, nematomą plika akimi.

Naujausias Church ir jo kolegų darbas yra įspūdinga molekulinio įrašymo pažanga. Šis darbas yra prieš tai naudotų DNR kodavimo technikų, kurios trukdė ląstelei šeimininkei, patobulinimas. Keletą pastarųjų metų mokslininkai kuria brangius metodus, kurie leistų gyvų organizmų DNR molekules naudoti kaip skaitmeninę laikmeną už ląstelės ribų. Nenuostabu, kad proceso metu ląstelės yra pažeidžiamos ir greitai miršta po DNR išgavimo. Harvardo mokslininkai keičia būdą, kuriuo duomenys yra įrašomi į DNR. Jie kuria technikas, kurie leistų gyvoms ląstelėms laikyti ir atkurti duomenis visą jų gyvenimo laiką. Naujasis metodas leidžia mokslininkams programuoti gyvas ląsteles ir į jas įterpti informaciją bet kuriuo laiku, nesutrikdant jų ląstelės ciklo.

2016 metais jungtinė Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ir Harvardo medicinos mokyklos komanda, vadovaujama genetiko George Church, sukonstravo pirmąjį molekulinį įrašą, paremtą CRISPR sistema. Ši technika mokslininkams leido duomenis koduoti į gyvos bakterijos, E. coli, genomą. Dabar, praėjus vieneriems metams, tie patys mokslininkai įrodė CRISPR sistemos funkcionalumą. Naujasis būdas mokslininkams leido koduoti kompleksinę informaciją nuosekliai, kaip filmo kadrus.

Video, kaip veikia CRISPR sistema galite pamatyti čia https://www.youtube.com/watch?v=o8ONjPHLr6s 

CRISPR sistema yra galingas įrankis, kurį mokslininkai naudoja tiksliam genomo redagavimui. Gamtoje ši sistema koduoja invazinių virusinių genomų informaciją (instrukcijas, kurios priverčia ląsteles dauginti virusus, ir kurias virusai įšvirkščia į DNR sekas). Tada specifiniai baltymai gali atpažinti įšvirkščiamą kodą ir jį karpydami redaguoti, pašalinant virusų dauginimo instrukciją. Mokslininkai naudoja tą pačią techniką, kad surastų specifines DNR vietas ir į jas įterptų sekas su užprogramuota informacija.

Procesas prasideda baltymo, kuris elgiasi kaip molekulinis DNR skalpelis, injekcija. Baltymas pradžioje prisijungia prie RNR sekos. RNR seka, implantuojama į baltymą, sutampa su DNR seka, kurią mokslininkai taikosi redaguoti. RNR įterpimas į baltymą leidžia jam atpažinti ir prisijungti prie konkrečios vietos DNR molekulėje. Kai tik kompleksas prisijungia prie tikslinės DNR, cheminės reakcijos perkerpa DNR seką. Nukirpta DNR tada įterpiama su nauju tarpikliu (spacer), kuriame yra koduota informacija. Anksčiau ši technika buvo naudojama DNR sekų redagavimui, kur RNR suteikia informaciją siekiant atpažinti ir sunaikinti virusų įterptus virusinius genomus. Tose DNR vietose, kur buvo virusų genomų ieškojimo ir sunaikinimo instrukcijos, mokslininkai įterpdavo koduotą informaciją, kuri vėliau gali būti atkurta kaip paveikslėlis.

http://sitn.hms.harvard.edu/flash/2014/crispr-a-game-changing-genetic-engineering-technique/

Naujausiame paskelbtame darbe mokslininkai CRISPR imuninę sistemą naudoja paveikslėlių serijos kodavimui į DNR molekulę. Mokslininkų komanda koduotą DNR įterpia į E. coli bakteriją stebinančiai nedideliu greičiu – per penkias dienas kasdien įrašomas vienas kadras. Kadangi CRISPR sistema įterpia koduotos DNR fragmentus nuosekliai, patikrindami kiekvieno fragmento poziciją DNR molekulėje, mokslininkai gali nustatyti kiekvieno pikselio poziciją, nes gali patikrinti kiekvieno fragmento poziciją DNR molekulėje.

„Mes sukūrėme strategijas, kurios paverčia skaitmeninę informaciją, esančia kiekviename paveikslėlių pikselyje arba kadre, taip pat kadro numerį, į DNR kodą, kuris su papildomomis sekomis įterpiamas į tarpiklius. Kiekvienas kadras tampa tarpiklių kolekcija“, - sako Seth Shipman, dirbantis Church komandoje. „Tada mes aprūpinome bakterijų populiacijas nuosekliomis tarpiklių kolekcijomis. Bakterijos, naudodamosi Cas1/Cas2 baltymų aktyvumu, pridėjo tarpiklius į CRISPR sistemą savo genomuose. Ir po to, nuskaičius bakterijų DNR, atkūrus kompleksą, mes galiausiai galėjome rekonstruoti šuoliuojančio arklio judesio kadrus ir jų eilės tvarką“.

http://news.harvard.edu/gazette/story/2017/07/taking-cells-out-to-the-movies-with-new-crispr-technology/

Sekit ir dalinkitės. Nauji įrašai kiekvieną pirmadienį, trečiadienį ir penktadienį. Iki kito susitikimo :)

chekas

Informacijos šaltiniai:

• http://interestingengineering.com/biologists-upload-galloping-horse-gif-into-the-dna-of-living-bacteria/