Del:
10 utrolige ting forskere gjorde med DNA for første gang
DNA-verdenen er som det ordsprogede kanins hul. Hvert trin bringer vidunderligt nye og endog skræmmende opdagelser. Jo flere forskere udforsker og styrer livets molekyler, den fremmede bliver de videnskabelige resultater.
Linjer mellem biologi og teknologi sløret på måder, der aldrig blev gjort før, undertiden til værre. Men DNA giver også enkle svar på komplekse sygdomme, gemmer den ulige fil, og kan endda tegne en kriminals ansigt.
10 levende kredsløb
Da forskere drømte om en ny måde at se på cellernes molekyler og processer, stod en ting i vejen. Tanken var at opbygge en DNA-enhed, der optræder som et kredsløb, der kunne tændes og slukkes. Problemet var, at el måtte flip switchen.
Forskere sprængte endelig problemet, da anthraquinoner blev smeltet ind i små strækninger af DNA. Denne naturlige forbindelse var glad for at tilpasse sig til implantationen og bære et særligt træk. Det udløser en begivenhed kaldet redox reaktioner.
Under redox opkræver elektroner visse molekyler, mens de afstår fra andre. Resultatet er en elektrisk impuls. Når stimuleret med en elektrodespids, gjorde antrakinoner jobbet perfekt. Afhængigt af hvor mange elektroner det erobret, stoppede kredsløbene enten eller udførte en strøm.
Skifterne, hver tusind gange tyndere end et enkelt hår, baner vejen for mikroskopiske molekylære enheder. Tilpasninger af denne ændrede genetiske kode kunne tillade kemiske reaktioner inde i cellerne at blive studeret på en måde, der aldrig har været gjort før, med særlig fokus på sygdomsrelaterede.
9 DNA-skuddet der helbreder lameness
En lama racehorse står over for dødshjælp, ofte med stor økonomisk tab for ejeren. Dette er meget almindeligt med heste, der falder eller bliver ældre, men konventionelle behandlinger er lange og garanterer ikke livskvalitet efterfølgende.
For nylig blev dette frygtede problem slået af med en enkel sprøjte. Videnskabsfolk valgte to gener og injicerede dem i lammehårets ben. Resultaterne var kæbefaldende. Ikke kun skadede skaderne, men efter to måneder var hestene tilbage på banen og kørt konkurrencedygtigt.
De revolutionerende gener VEGF164 og BMP2 blev injiceret direkte i de beskadigede ledbånd og sener. DNA'et tilskyndede til nye blodkar-, knogle- og bruskudvikling, der forlod vævene så godt som nyt.
Terapien er endnu ikke en mainstream-mulighed, men lover at være en spilveksler, både i veterinærcirkler og for mennesker. Prøvehestene forblev i toptilstand et år efter at have modtaget skudene, hvilket gav håb om, at den samme form for rekreation en dag kan hjælpe folk med sener, ledbånd og endda rygskader.
8 En kroge, der finder mennesker
Det menneskelige stamtræ forbliver ufuldstændigt trods flere årtier. Antropologer kan kun studere hvad der er tilgængeligt, og tidlige menneskelige og andre hominide skeletter er få. Men en ny teknik kan nu finde gammelt DNA uden kroppene.
Skidt blev samlet fra Belgien, Kroatien, Frankrig, Rusland og Spanien og filtreret til human DNA. For at øge chancerne var alle 85 prøver fra arkæologiske steder 14.000-550.000 år gamle. Testene åbnede en genvej af gener.
I en teskefuld sand viste trillioner DNA-fragmenter ud. Uldrige næsehorn, mammutter, hulbjørne og gamle hyener rodrede søgen efter hominider. For at eliminere denne genetiske støj, gik forskerne på fiskeri. De skabte en slags krog fra moderne mitokondrie DNA. Da det tilhørte et menneske, løftede krogen kun lignende DNA fra de sammenbrudte gener.
Det bemærkelsesværdigt, det molekylære værktøj snagged Neanderthal tråde fra steder hvor hverken deres knogler eller værktøjer nogensinde blev fundet. Selv DNA fra en ekstremt sjælden forfader, Denisovans, viste sig. Krogteknikken kan besvare langvarige spørgsmål om hvilke steder og artefakter der tilhørte mennesker eller neanderthaler og kan endda finde helt ukendte hominider.
7 penselgener
Da forskere jagede efter det komplekse DNA bag de indviklede vinger af sommerfugle, var de i en overraskelse. I stedet for det forventede net af gener fandt de kun to. Kaldet WntA og optix, en opførte sig som et farveblyant, der tegner konturerne på et billede, mens den anden farvede den ind.
Tidligere undersøgelser mistanke om parrets kunstneriske engagement og den optix var forbundet med rød og orange. Men deres eksklusive indflydelse blev først afsløret, da forskerne begyndte at spille med disse såkaldte "penselgener".
Når WntA blev deaktiveret, forsvandt ordren. Linjer nedtonet, farver flød ind i hinanden, og mønstre forsvandt. At slukke optix var endnu mere interessant. Sommerfugle blev grå eller sort, selv på andre kropsdele end vingerne.
Der opstod et uventet twist i tilfælde af den fælles buckeye sommerfugl. Pletter af blå iridescence punkterede vingerne hvor der tidligere ikke var nogen. Da iridescens er en strukturel ændring i vinge skalaer viste det sig, at optix også påvirker pigmentering på et fysisk niveau.
Begge gener synes også at have initieret store evolutionære forandringer og evner, herunder efterligning som forsvar.
6 kirurgi på embryoer
I et forsøg på at helbrede en farlig blodforstyrrelse skabte kinesiske forskere menneskelige embryoner i laboratoriet. I 2017 omfattede projektet klonede embryoner og væv taget fra en patient, der led af beta-thalassæmi.
Som mange genetiske sygdomme er beta-thalassæmi forårsaget af en fejl i en persons DNA-baser. Den humane genetiske kode består af fire baser-adenin, cytosin, guanin og thymin (A, C, G og T). De indeholder hele manualen til dannelse af et menneske og kører kroppen.
En enkelt unormal base kaldes en punktmutation. Disse har været forbundet med to tredjedele af genetiske sygdomme. For at finde punktmutationen for beta-thalassæmi scannede forskerne de tre milliarder "bogstaver" af den menneskelige genetiske kode for at finde problemet.
Det viste sig at være en fejlplaceret G. En teknik kaldet base redigering erstattet den med den korrekte A og helbredes den første sygdom på DNA-niveau. I fremtiden kan basisredigeringssystemet potentielt give positive resultater med andre arvelige sygdomme.
5 en offer hud
Soltilbedere kan snart tanbe uden at bekymre sig om skader på huden. Ultraviolette (UV) stråler fra Solen kan ødelægge DNA, og kræftrisikoen ved solbadning er velkendt.
I 2017 kom forskerne op med en genial idé. En solcreme fremstillet af DNA fra laksesperm absorberer UV-skade næsten som om det var en anden hud. Jo længere sollys zaps det, desto bedre fungerer det. De, der kan lide at stege i timer, behøver heller ikke bekymre sig om dehydreret hud. Den fishy film holder fugt i.
Ansøgningen, som omfatter vand og ethanol, kan have bredere anvendelser end blot at være solcreme. Det farveløse materiale kunne bruges som en nødsituation eller afslappet sårforbinding. Dens krystallinske natur ville også tillade læger at overvåge helbredelse uden at skulle fjerne dækket.
4 DNA kan holde musik
For at hjælpe med at løse verdens oplysningsoplagringsproblem henvendte forskerne sig til DNA. De ønskede at bevise, at intet andet medium kunne matche sin kapacitet eller holdbarhed.
For nylig blev to musikalske forestillinger - Deep Purple's "Smoke on the Water" og Miles Davis 'Tutu "valgt til at blive DNA-filer. Deres binære kode, det digitale sprog bestående af 1s og 0s, blev omdannet til de genetiske baser (A, C, G og T).
Til gengæld blev baserne syntetisk oprettet og indrettet til at matche de binære sekvenser af musikken. Sangene omfattede 140 MB på en harddisk. Men efter at være blevet DNA, gjorde de knapt et speck. Filerne blev hentet ved at vende processen og ingen segment blev beskadiget.
DNA's universelle natur betyder, at mere end bare musik kan opbevares på denne måde. Andre oplysninger, som forskere blev genetiske, omfattede en film, en computervirus og et helt computeroperativsystem.
Systemets tæthed kunne en dag holde alle jordens data i et enkelt rum. Under de rette forhold kan de genetiske filer vare i årtusinder.
3 Tegning af lovovertrædere
Kriminelle med genetiske oplysninger, der er gemt i databaser, har grund til at ødelægge det DNA, de kaster på kriminalitetsscener. En kamp kan hurtigt få dem dømt. Et stort problem vedrører lovovertrædere uden forudgående rekord. Hvis en forbrydelsesscene er sprinklet med anonyme gener, risikerer sager risikoen for at blive kold.
I en banebrydende bevægelse kan en ny retsmedicin samle ansigtet for en lovovertræder baseret på hans eller hendes genetiske rester. Kaldet DNA-fænotyping, det kan fortælle efterforskere personens ægte hårfarve, øjen- og hudskygge, geografisk forfædre og finere detaljer som fregner.
Der er kun så meget, at gener kan afsløre om ens fysiske udseende. For at forfine teknikken og få mere nøjagtighed på ting som ansigtsfunktioner, blev ansigter og DNA fra frivillige scannet. Software søgte efterfølgende forbindelser mellem deres genetiske punkter og formerne af kæber, kinder og næser.
De mønstre, der blev identificeret, gjorde phenotyping, der var i stand til at tilvejebringe tilstrækkelig information til at kompilere digitale krusskud. På forsiden er det også blevet brugt til at tilføje flere detaljer til kranier af uidentificerede ofre.
2 gentyveri
En vandorganisme kaldet tardigradet tog for nylig genetisk underretning til det næste niveau. Væsens genom blev sekventeret for at opdage mere om dets super evner. Disse mikroskopiske hvirvelløse dyr kan overleve rum, frysning og kogepunktstemperaturer, utroligt tryk, stråling og et årti uden mad og vand.
Årsagen kan være tardigradens evne til at stjæle gener fra andre livsformer. Dyr og mennesker gennemgår denne proces, som kaldes vandret genoverførsel, hovedsagelig gennem vira. De fleste arter har 1 procent udenlandsk DNA, mens tardigrade sværger den største belastning nogensinde fundet - 17,5 procent.
De skønnede 6000 pocherede gener tilhørte bakterier, svampe, planter og archaea. Tardigraderne har en overlevelsesmekanisme, hvor de tørrer sig ud. Dette bryder deres DNA. Under rehydrering genomsætter genomet og muligvis absorberer fremmede bits på den måde.
De videre til næste generation gør tardigrader hårdere. Især bakterier er hårdere i ekstreme forhold end dyregener. En anden undersøgelse fandt kun 500 stjålne gener, hvilket tyder på, at overbelastningen på 6.000 kan være en prøveforurening. Alligevel ændrer tardigrade det, vi ved om evolution og genetisk arv.
1 DNA kan hakke computere
Hvad der lyder som en fjernet filmhistorie linje er blevet opnået i virkelige liv-forskere hacket en computer ved hjælp af DNA. I 2017 tog University of Washington malware og kodede det til syntetiske DNA baser.
Sprækket fra biologisk til digitalt skete, da en computer sekventerede strengen. Da softwaren ændrede A-, C-, G- og T-kombinationerne tilbage til computerkode, blev viruset frigivet og gav forskere fuld fjernbetjening af computeren. Selv om dette mærke af hacking ikke bliver brugt i øjeblikket, kunne det kun være et spørgsmål om tid.
Formålet med den bizarre infektion var at fremhæve en bekymring for, at sekventeringsudstyr, især det der bruger open source-software, var sårbar over for sådanne angreb.Da DNA-sekventering og genetiske databaser er yderst værdifulde for mange videnskabelige områder, kan malware, der leveres på denne måde, forårsage utallige skader.