imhotype (imhotype) wrote,
imhotype
imhotype

Category:

Н. Маркина "Искусственная жизнь уже смотрит на нас из пробирки"

Основная цель синтетической биологии (SynBio) — новой науки, которой всего около десяти лет — создать живую систему из частей, которых нет в природе. «Кирпичики» для такой системы должны быть синтезированы в лаборатории. И такие элементы живой материи уже создаются, причем, на самых разных уровнях. Ученые синтезируют в лаборатории биологические молекулы, которых нет в природе, конструируют вирусы, собирают клеточные органеллы и целые клетки.

ШЕСТИБУКВЕННАЯ ДНК РАЗМНОЖАЕТСЯ И ЭВОЛЮЦИОНИРУЕТ

Еще в 1989 году команда Стивена Беннера (Steven Benner), который в то время работал в Цюрихском университете, создала ДНК, состоящую не из четырех, а из шести нуклеотидов. Напомним, что цепочка природной ДНК образована из четырех «кирпичиков» — нуклеотидов: аденин, цитозин, тимин гуанин (А, С, Т и 3). В этот «генетический алфавит» ученые добавили две буквы и, тем самым, четырехбуквенный генетический код превратили в шестибуквенный. Это достижение считают первым шагом синтетической биологии.
В 2009 году тот же Стивен Беннер, уже руководя лабораторией в Фонде прикладной молекулярной эволюции в Гейнсвилле, Флорида, объявил о следующем успехе работы с искусственной ДНК — ученые «оживили» ее, заставили работать.
«Синтетическая ДНК, как и природная, имеет вид двойной спирали, — объяснил Беннер корреспонденту «Деталей мира» по телефону. — Исходя из структуры двойной спирали ДНК, открытой Уотсоном и Криком, мы можем использовать для генетического кода алфавит из двенадцати букв, но пока ограничились шестибуквенным. В состав синтетической ДНК помимо четырех природных нуклеотидов входят два искусственных. Она самовоспроизводится, размножается и даже эволюционирует».
В течение 20 лет Стивен Беннер и его коллеги работали, чтобы создать в лаборатории искусственные генетические системы — молекулы, способные копировать себя, передавать таким способом информацию и эволюционировать. Дополнительные "буквы» генетического кода они получили путем химической модификации природных нуклеотидов.
Сконструированная ДНК оказалась способна к самовоспроизведению и размножению. Правда, для этого ее надо «кормить» нуклеотидами и ферментами, добавляя их в жидкую реакционную среду, и следить за температурой. Важно, что искусственные нуклеотиды ДНК не отбрасывала, а использовала также, как и природные. Возникает вопрос, может ли искусственная ДНК кодировать искусственные белки. В принципе, может, считает Беннер. Ученый убежден: «Лучший способ познать жизнь — это сделать ее в своей собственной лаборатории».

Новый принцип кодирования

Чтобы понять суть работы другой группы биологов, напомним, как в клетке происходит синтез белка. Информация о строении белка содержится в молекуле ДНК (в ее участке — гене). ДНК-алфавит— это последовательность четырех букв-нуклеотидов. А сама ДНК — это постоянный носитель информации, она всегда находится в ядре. С некоторой натяжкой ДНК можно сравнить с «жестким диском» компьютера при условии, что на этот диск мы не можем больше ничего записать. Чтобы снимать с ДНК информацию и использовать ее, природой созданы молекулы РНК (матричная РНК или мРНК). Это временный носитель. мРНК может копировать информацию только с одного гена. Происходит это благодаря тому, что мРНК собирается из «букв» в строгом соответствии со строением гена. Процесс переписывания информации с ДНК на мРНК называется транскрипцией.
Скопировав ДНК, молекула мРНК выходит из ядра клетки в «цех сборки белка», где работают основные белоксинтетические машины — рибосомы. На этом этапе информация на мРНК, закодированная в последовательности нуклеотидов, переводится в строение молекулы белка, которая состоит из цепочки аминокислот. Этот процесс называется трансляцией. Принцип кодирования заключается в следующем: три рядом стоящих нуклеотида (они составляют кодон) соответствуют какой-то одной аминокислоте. Природа использует 64 кодона для синтеза белков из 22 аминокислот. Это весь набор природного конструктора, из которого состоит все живое
.
Ученые Кембриджского университета во главе с Джейсоном Чином (Jason Chin) покусились на этот базовый принцип кодирования. Кодоны они оставили, но составили их не из трех, а из четырех нуклеотидов. И научили клетки бактерии кишечной палочки синтезировать белки по измененным четырехбуквенным кодонам. Так у них получилось создать дополнительно 256 комбинаций нуклеотидов, не соответствующих 22 природным аминокислотам. Эти кодоны можно использовать, если научить их распознавать синтетические аминокислоты. А синтезировать аминокислоты, которые являются аминокислотами по химическому строению, но не входят в состав природных белков, в лаборатории — пара пустяков.
«Наша работа — это начало использования совершенно нового искусственного генетического кода параллельно существующему природному,— считает Чин. Его команда сумела встроить две искусственные аминокислоты в белки кишечной палочки. В будущем манипуляции с искусственными аминокислотами позволят получать несуществующие в природе белки с заданными полезными свойствами. А дальше из таких белков можно начать создавать новые формы живых организмов.


РУКОТВОРНЫЕ БЕЛКИ

Все белки синтезируются в организме по программе, заложенной в генах. Этой цели служит сложная молекулярная система, главная деталь которой — машина для синтеза белка — рибосома. Первый рукотворный белок под названием Тор7, синтезированный в лаборатории без помощи генов и рибосом, команда Дэвида Бейкера создала в 2004 году, в Медицинском институте Ховарда Хьюза при Университете Вашингтона.
Дизайн белка ученые смоделировали на компьютере, а затем химическим путем синтезировали последовательность из нескольких десятков аминокислот. Но это еще не все. Работающая молекула белка — это не простая цепочка аминокислот, а свернутая в определенную трехмерную конфигурацию. Для того чтобы правильно сложить белок, авторы использовали программу Folding@Ноme основанную на принципе распределенных вычислений. Программа использует вычислительную мощь сотен тысяч персональных компьютеров по всему миру. Ее суммарная производительность составляет 6,7 петафлопс, и она занимает второе место в рейтинге самых мощных систем распределенных вычислений.
А Майкл Гехт и его коллеги из Принстонского университета создали целую коллекцию (библиотеку) из полутора миллиона синтетических белков. Для этого ученые сначала синтезировали искусственные гены (последовательности ДНК), а на основе информации, закодированной в этих генах, получили искусственные белки. Белки состояли из комбинации 102 аминокислот и были способны трехмерно сворачиваться.
Удивительно, но эти совершенно неестественные белки смогли обеспечить жизнь и рост клетки. 27 штаммов кишечной палочки были обречены на смерть, так как ученые лишили их жизненно важных генов. Но искусственные белки, не имеющие никакого отношения к белкам кишечной палочки, поддержали жизнь четырех штаммов бактерий. Что доказывает — белки работают. «Эти искусственные белки не связаны ни с какими известными биологическими последовательностями, и, тем не менее, они поддерживали жизнь», — комментирует свою работу Гехт.

СБОРКА ВИРУСА

Первый синтетический живой организм — вирус — создала группа исследователей из Университета штата Нью-Йорк под руководством Экарда Виммера. Правда, дизайн этого вируса ученые не придумали, а взяли из природы — они скопировали вирус полиомиелита. Он состоит из РНК и белковой оболочки. Ученые синтезировали все это, но не химическим путем, а используя клеточное «хозяйство» - ферменты, рибосомы и пр. Второй вирус, точнее, бактериофаг (это вирусы, которые паразитируют в бактериях) собрал американский ученый, бизнесмен и организатор науки Крейг Вентер. Команда Вентера реконструировала бактериофаг рhi174, ДНК которого состоит из 5386 нуклеотидов. Когда ученые поместили свое детище в колонию бактерии кишечной палочки, бактериофаг успешно заражал бактериальные клетки. Кстати, применение искусственных бактериофагов лежит на поверхности — их можно использовать для борьбы с инфекционными бактериями.

СИНТЕТИЧЕСКАЯ КЛЕТКА

Сборку живой клетки из отдельных компонентов осуществили в 2005 году ученые из Университета имени Рокфеллера под руководством Альберта Либчейбера (Аlbert Libchaber). Составные части они позаимствовали буквально «с миру по нитке». Важнейшая часть клетки — мембрана, которая отделяет ее от окружающей среды. Ученые сделали искусственную мембрану из фосфолипидов куриного яйца. Чтобы научить искусственную клеточную мембрану транспортировать вещества внутрь и наружу, биологи использовали микропузырьки (везикулы), взятые из разных организмов. Цитоплазму клетки они создали из содержимого бактерий кишечной палочки, убрав из него бактериальную ДНК. А ДНК для клетки позаимствовали у медузы — это знаменитый ген зеленого флуоресцирующего белка. И еще одним геном снабдили клетку — он «дырявил» ее мембрану и делал ее проницаемой для питательных веществ. Для чтения же ДНК в искусственную клетку впрыснули фермент, взятый из вируса.
В общем, над этим «конструктором» ученым пришлось немало потрудиться. Но когда они его полностью собрали, то убедились в успехе — клетка «ожила». С гена считывалась информация, и в клетке синтезировался белок — об этом ученые узнал и по свечению клетки зеленым светом в ультрафиолете.
Правда, авторы признают, что эта клетка еще не вполне живая — она живет, но не может размножаться. Можно даже сказать, что это, скорее, биореактор. Но все еще впереди, и ученые верят, что синтетическая клетка сможет делиться и порождать себе подобных.

ИСКУССТВЕННЫЙ ГЕНОМ ПОМЕТИЛИ ВОДЯНЫМИ ЗНАКАМИ

К тому, чтобы создать организм с искусственным геномом, команда Крейга Вентера шла долгие годы. Сначала исследователи полностью собрали копию природного генома из отдельных нуклеотидов. Это произошло еще в 1995 году.
Для сборки «генетического конструктора» из деталей они выбрали самый маленький на свете геном, которым обладает бактерия Мусорlasma genitalium — возбудитель венерического заболевания. Но даже самый маленький — это 600 тысяч пар нуклеотидов. Химически соединить их в цепочку все равно очень непросто. Ученые справились с этой задачей в несколько приемов. План действий они получили, прочитав естественный геном бактерии М. genitalium. Из отдельных нуклеотидов собрали короткие последовательности — кассеты длиной около тысячи пар оснований. Для того чтобы соединить эти кассеты в более длинные последовательности, ученые привлекли в работу клетки дрожжей и кишечной палочки Е. соli. Дрожжевые и кишечнопалочковые ферменты сшивали кусочки друг с другом и размножали их. Таким путем биологи последовательно собрали сначала фрагменты длиной 10 тыс. пар оснований, потом — 100 тыс. пар оснований и наконец целую бактериальную ДНК длиной 1,08 млн. пар оснований.
Искусственный геном практически не отличался от природного генома М. mycoides за исключением нескольких деталей. Около 40 генов во время переноса приобрели мутации (то есть, оказались повреждены), но эти гены не были критичны для жизнедеятельности. В то же время, подчеркивает Вентер, ошибка в одном ключевом гене оказалась очень существенной и затормозила работу на некоторое время — до тех пор, пока ее не устранили. А чтобы отличить искусственный геном от естественного, создатели нанесли на него «клеймо фирмы» — пометили четырьмя последовательностями, в которых закодировали имена создателей. Они стали своеобразными «водяными знаками», защищающими от подделки. То есть команда Вентера изучила природный геном и собрала такой же самостоятельно. По природе новый геном полностью искусственный, но по функционалу и составу нуклеотидов — копия природного, только с «водяным знаком».

ЕЕ ЗОВУТ СИНТИЯ

На следующем этапе группа Крейга Вентера занялась пересадкой генома от одной бактерии к другой. Участниками эксперимента стали бактерии из той же группы микоплазмов, правда, других видов: Мусорlasma mycoides и Мусорlasma capricolum. Наподобие того, как человек-донор дает реципиенту, к примеру, почку, бактерия одного вида — М. mycoides передала бактерии другого вида — М. capricolum свою ДНК. Разница в том, что в этом случае трансплантировалась не какая-то часть организма, а его сущность — наследственная информация. Еще один важный момент: биологи пересаживали не природный геном М. mycoides, а синтетический, который они сделали сами.
Сначала реципиента — М. capricolum лишили собственной ДНК. А потом при помощи микроманипуляций внедрили в бактериальную клетку синтетический геном М. mycoides. На этом пути пришлось преодолеть трудности: ферменты клетки-реципиента норовили разрезать донорский геном на куски. Ученые выяснили, что защитить донорскую ДНК можно путем метилирования. Этим словом обозначают «внешнее» химическое изменение ДНК, которое не затрагивает ее информационной сущности. Метильные группы (СНЗ) просто «навешиваются» на молекулу. Проведя «в пробирке» метилирование, биологи сделали ДНК неуязвимой. В таком виде бактерия М. capricolum приняла чужую ДНК и стала жить дальше. Но жизнь ее радикально изменилась: донорская ДНК стала синтезировать в ней белки чужого вида. То есть донорский геном взял жизнь бактерии-реципиента под свой контроль. И М. capricolum фактически превратилась в М. mycoides. Бактерию, живущую под началом синтетического генома, назвали Синтией.
Самое главное, что бактериальные клетки размножались — колонии росли. А значит, искусственная ДНК оказалась способна воспроизводить себя, как при естественном клеточном делении. Дочерние клетки не имели ничего общего с бактерией-реципиентом и по всем чертам принадлежали к М. mycoides.
Итак, ученым удалось, во-первых, успешно пересадить геном, а во-вторых, поменять организму биологический вид. Доктор Франкенштейн о таком не мог даже мечтать...

ЗАЧЕМ НАМ СИНТЕТИЧЕСКАЯ ЖИЗНЬ

Какую пользу человечеству могут принести игры ученых «в создателя»? Конечно, заманчиво научиться создавать живые организмы с полезными для нас качествами, чтобы решать всякие практические задачи. Например, производить лекарства, биотопливо, пищу, новые материалы — полимеры или ткани, очищать окружающую среду, улавливать опасные вещества, к примеру взрывчатку, бороться с инфекциями.
Можно возразить, что человек и так научился делать многое, например, получать лекарства, вакцины или очищать окружающую среду, путем генетического модифицирования существующих организмов — а это все же проще, чем создавать новые. Но адепты синтетической биологии считают, что ее возможности гораздо больше, чем возможности генной инженерии. Они говорят о том, что любой нужный организм можно будет собирать, пользуясь набором генетических последовательностей из специального банка. Пока речь идет о банке с генетическими наборами микроорганизмов, но нет сомнений в том, что по мере отработки технологий ученые постепенно будут увеличивать сложность искусственных организмов. «Мы получаем возможность не модифицировать существующие геномы, а создавать новые, вычисляя их на компьютере, — подчеркивает Крейг Вентер. — То есть мы сможем сами писать инструкции и создавать новые формы жизни по этим инструкциям».
Некоторые исследователи уже работают над практическими приложениями синтетической биологии. Так, команда Джорджа Черча (George M. Charch) в Гарвардском медицинском центре поставила перед собой цель создать организм, который бы ни много ни мало, преобразовывал солнечный свет в биотопливо — эффективно и без ущерба для окружающей среды. К этому же стремится и Крейг Вентер. Он считает, что синтетические организмы «заменят нефтехимическую промышленность, большую часть пищи, будут участвовать в биоочистке почвы и выработке экологически чистой энергии».
Оптимизм ученых подогревается и тем, что синтез искусственной ДНК, совершенно очевидно, со временем будет дешеветь такими же темпами, что и секвенирование геномов. А это значит, что производство искусственных организмов с годами будет становиться все более масштабным.
Конечно, есть риски. Например, доступность знаний, механизмов и инструментов создания новых форм жизни может привести со временем к появлению нового вида терроризма, где эти новые формы будут служить оружием. Еще одна опасность — выход способных к эволюционированию синтетических организмов из-под контроля ученых или военных (последние, вне всяких сомнений, ведут свои закрытые разработки в этой области и начало завоевания ими планеты. В конце концов, искусственные бактерии могут быть сами по себе очень опасны. «Никто не сказал и не доказал, что синтетические минимальные существа будут менее опасны, чем природные бактерии-паразиты», — отвечает доктор биологических наук Вадим Говорун на вопрос корреспондента ДМ об этой потенциальной опасности. Но никакие опасности никогда не могли остановить человека, стремящегося к прогрессу.

Искусственные хромосомы

Дрожжи и бактерии кишечной палочки биотехнологии уже давно заставили работать с чужой ДНК, чтобы клонировать ее (получать множество копий). А группа исследователей из Университета Джона Хопкинса под руководством Джефа Бока (Jef D. Boeke) синтезировала для дрожжей искусственные хромосомы, вернее, химерные: частично натуральные, частично синтетические. Вставив их в клетку, биологи убедились, что химерные хромосомы нормально работают — дрожжи росли на питательной среде.
Но самый хитрый трюк заключался в том, что ученые внедрили в хромосомы некий механизм, обеспечивающий вырезание и перетасовку генов при делении клетки. И таким образом наблюдали «эволюцию в пробирке». «Если представить геном дрожжей как колоду карт, то теперь у нас есть инструмент, который позволяет составлять из этой колоды разные комбинации – объясняет Бок. Одни колоды хороши для покера другие — для преферанса. Перетасовывая ДНК в соответствии с нашими задачами, мы можем создавать организмы заданного дизайна. Что касается дрожжей, то таким путем можно сделать дрожжи, которые вырабатывают больше этанола».
Ученые уже сделали даже человеческие искусственные хромосомы. Рецепт такой: берутся нужные гены, и из них строится хромосома, которая должна обязательно содержать необходимые элементы (центромеру, к которой прикрепляются нити веретена при делении клетки, и теломеры — последовательности нуклеотидов на концах). Такие искусственные хромосомы при помещении в клетку ведут себя так же, как обычные: удваиваются при делении и распределяются поровну между дочерними клетками. И с их ДНК синтезируется белок. Искусственные хромосомы работают не только в культуре клеток, но и в клетках животных — это было показано в экспериментах на мышах.
[Детали мира №1(3) 2012 г.]

Инженеры МТИ (Массачусетс) использовали бактериальные клетки для производства биоплёнок, в которые можно внедрить неживые материалы, такие как наночастицы золота или квантовые точки. «Такой подход может быть использован для создания более сложных устройств – например, солнечных батарей, самовосстанавливающихся материалов или диагностических датчиков», говорит Тимоти Лу, доцент кафедры электротехники и биоинженерии МТИ.
Лу является главным автором исследования, статья о котором появилась 23 марта в журнале Nature Materials. В качестве объекта работы Лу и его коллеги выбрали бактерию E.coli, потому что она естественно производит биоплёнки, которые содержат «нитевидные волокна» — амилоидные белки, которые помогают кишечной палочке прикрепляться к поверхности. Каждая нить состоит из повторяющейся цепи идентичных белковых фрагментов, называемых CsgA. Эти цепи могут быть изменены путем добавления фрагментов пептидов. А пептиды в свою очередь могут захватывать неживой материал, вроде наночастиц золота, и включать их в биоплёнки
.©

Бактерия E. Coli.

Только потому, что курица заражена сальмонеллой не означает, что у неё нет также и E. Coli (кишечной палочки)! Согласно проверкам, 87% куриных тушек содержат E. Coli перед их отправкой в магазины, - сообщает Salon. E. Coli считается USDA более опасной, чем сальмонелла, и являлась одной из причин, по которым Россия в 2008 году запретила 19 производителей куриной продукции из США (наряду с присутствием в американской продукции мышьяка). Устойчивые к антибиотикам разновидности бактерии E. Coli были найдены в образцах необработанной обычной курицы, курицы «выращенной без антибиотиков» и кошерной курицы, закупленных в Нью-Йорке в этом апреле.

Удивительно, что самый высокий уровень E. Coli был найден в кошерной курице. В прошлом году ученые, пишущие для Emerging Infectious Diseases (Возникновение инфекционных заболеваний) сообщили, что E. Coli в курице – генетически ближе к человеку, чем E. Coli в говядине и свинине, и может угрожать людям инфекционными заболеваниями в мочеполовой системе, при заражении ею. ©

MEMS-наноинъектор

В настоящее время пересадка генов или инъекция молекул искусственной ДНК в живые клетки проводится при помощи крошечной стеклянной пипетки, наполняемой раствором с генетическим материалом. Этот метод, называемый микроинъекцией, обладает одним существенным недостатком, вместе с генетическим материалом в клетку попадает достаточное количество лишней жидкости, что в 25 процентах случаев приводит к раздуванию клетки, разрыву клеточной мембраны и ее гибели. Благодаря работе исследователей из Университета имени Брихама Янга (Brigham Young University) у ученых появился способ избежать разрушения клеток при введении в них синтетической ДНК. Эти исследователи разработали и создали микроэлектромеханическую систему (MEMS), которая вводит ДНК внутрь яйцеклетки напрямую, без использования дополнительных жидкостей.
"Мы используем силы электрической природы для того, чтобы удерживать и отталкивать молекулы ДНК на острие крошечного электрически проводящего "копья", которое является инструментом проведения инъекции" - рассказывает профессор Брайан Дженсен (Brian Jensen), - "Используя положительный электрический потенциал, мы заставляем молекулы ДНК закрепиться на кончике иглы, которая затем вводится внутрь живой клетки, пронзая ее мембрану. Отрицательный электрический потенциал отталкивает молекулы ДНК, которые попадают во внутренний объем ядра клетки".
Игла наноинъектора настолько мала, что прокол мембраны с ее помощью никак не влияет на саму клетку. И при помощи такого устройства все клетки, подвергшиеся процедуре инъекции, остаются полностью жизнеспособными. Кроме этого, использование сил электрической природы, которыми достаточно просто управлять при помощи традиционных методов, позволит полностью автоматизировать процедуру инъекции, убрав из нее кропотливую ручную работу и влияние непредсказуемого человеческого фактора.
Следующим шагом, который намерены предпринять ученые, является создание сложной микроэлектромеханической системы с множеством "копий" наноинъекторов, при помощи которых можно будет производить генетическую модификацию сотен тысяч клеток за один раз.
"Не стоит бояться, что это будет использовано для создания животных или людей-мутантов" - рассказывает профессор Брайан Дженсен
.©

В рамках программы RTA , DARPA хочет на несколько порядков ускорить процесс исследований, каким образом болезни или химические вещества поражают человека. Вместо нескольких месяцев или лет исследований, DARPA хочет позволить исследователям в течение 30 дней оценить воздействия угрозы на человеческие клетки, создавая карту молекулярного механизма, посредством которого возбудитель изменяет клеточные процессы. Это дало бы исследователям основу для разработки медицинских контрмер и смягчения угроз.

Насколько это полезно прямо сейчас? В краткосрочной перспективе это означает эффективную борьбу с пандемиями. Потребовались годы работы и много денег, чтобы выяснить, что вирус птичьего гриппа H5N1 стал гораздо более заразен из-за одной аминокислоты, находящейся в определенном положении. Это позволило вирусу жить в лёгких млекопитающих, и распространяться между людьми через кашель и чихание. Зная этот секрет заранее – мы смогли бы предотвратить многие смерти ©

Для того чтобы обмануть существующие клеточные механизмы, необходимо заменить кодоны, трёхбуквенные последовательности нуклеотидов, кодирующие информацию о том, какую аминокислоту нужно вставлять следующей при строительстве белка.
Специалисты исследовательского института Скриппса (The Scripps Research Institute) ещё в 2003 году показали, что кодоны можно заменять по своему усмотрению, а недавно другая международная группа создала инструмент для масштабного редактирования генома.
Клетки читают и встраивают искусственные аминокислоты в новые белки, не подозревая о подмене. Но обкатать технологию удалось только на бактерии E. coli. Теперь же в лаборатории создан модифицированный червяк.
На свет появились биологические молекулы, не свойственные данному организму, пишут учёные в статье в Journal of the American Chemical Society. Играя с кодонами и аминокислотами, биологи пытаются создать белки, которые, по мнению учёных, будут оставаться под их полным контролем и позволят им при помощи света или определённых веществ включать и выключать нужные клетки и молекулы.
©

В США стеллажи национальных архивов имеют протяженность более 800 км, во Франции и Великобритании - более 160 км. Группа студентов Китайского университета Гонконга сделала важный шаг в направлении создания способа хранения огромного количества информации внутри бактерии кишечной палочки (E.coli).
"Наше открытие означает, что существует возможность поместить большое количество данных в обычный холодильник, где бактерии-носители информации будут храниться длительное время", - говорит студент Массачусетского технологического института Олдрин Йим (Aldrin Yim).
Biostorage (хранение и кодирование информации в живых организмах) - это молодое направление науки, которое существует около десяти лет. В 2007 году команда японского университета Keio успешно закодировала уравнение e=mc2 в ДНК почвенной бактерии. Преимущество этого способа хранения информации в том, что бактерии постоянно воспроизводятся, и группа одноклеточных организмов может хранить информацию в течение тысяч лет.
Ученые из Гонконга пошли дальше и разработали метод хранения более сложных данных и тем самым сделали первый шаг к созданию технологии, которая может найти практическое применение. Ученые разработали метод сжатия данных, разбиения их на части и распределения между различными бактериальными клетками. Это позволяет преодолеть ограничение "емкости" бактерий и легко находить нужную информацию с помощью специальной "карты" ДНК. С помощью новой технологии в живых клетках можно хранить не только текст, но и изображения, музыку и даже видео. Как способ хранения эта технология чрезвычайно компактна - один грамм бактерий может хранить столько же информации, сколько помещается на 450 жестких дисков емкостью 2 Тб.
Также команде ученых удалось создать трехуровневую систему кодирования данных, которая защищает бактерии от хакеров. Механизм кодирования, названный biocryptography, содержит встроенные алгоритмы проверки, которые позволяют убедиться, что мутации в некоторых бактериальных клетках не повреждают данные в целом. "Все виды компьютеров уязвимы к неисправностям в электрической сети или к краже данных. У бактерий гораздо большая степень защиты", - объясняет участник проекта Алан Ю (Allen Yu).
До появления домашних бактериальных компьютеров еще далеко – в настоящее время для записи и чтения данных требуется лаборатория. Так, информация записывается с помощью удаления ДНК из бактериальных клеток, манипуляций с помощью ферментов и возвращения ДНК обратно в бактерию. В целом метод аналогичен созданию генетически модифицированных продуктов питания.

©

Исследователи из Китайского Университета в Гонконге, успешно продемонстрировали, как можно сохранить зашифрованную информацию в бактериях. Колония бактерий E.coli была задействована в эксперименте, в ходе которого удалось сохранить около 8 килобайт информации в восемнадцати клетках бактерий. Так как в одном грамме биологического материала содержится 10 миллионов клеток, то можно подсчитать, что всего в одном грамме можно сохранить до 90 ГБ информации.
Информация также может быть зашифрована, благодаря природному процессу сайт-специфической генетической ДНК-рекомбинации. Информация шифруется генами рекомбиназы, действия которой контролируются фактором транскрипции. Метод имеет некоторые недостатки, так как требует дорогостоящего секвенатора для считывания информация, а также весь процесс является достаточно утомительным и трудозатратным. Более того, ДНК может мутировать, уничтожив часть информации.
Процесс может найти применение в деле нанесения "клейма" на генетически модифицированные организмы, для соблюдения прав собственности. Также, такая клетка может оказаться более надежным способом хранения информации, по сравнению с традиционными электронными устройствами. К примеру, бактерия Deinococcus radiodurans может выдержать воздействие электромагнитных импульсов и радиации от радиоактивных осадков.©

Лечение ожирения — длительный процесс, требующий участия специалиста, определяющего необходимость применения лекарственных препаратов. Не существует чудесной универсальной и безвредной добавки, дающей длительный эффект снижения веса, что бы ни говорили в рекламе всевозможных снадобий.
Однако шаг в направлении создания такого препарата сделали ученые из университета Вандербильта. Группа исследователей под руководством Шона Дэвиса произвела генетическое изменение бактерий, которые, находясь в кишечнике, предотвращают увеличение веса. Отчет о результатах экспериментов был опубликован в The Journal of Clinical Investigation.
Генетической модификации подвергся безвредный штамм кишечной палочки — E. coli (Nissle 1917). Измененные бактерии выделяют подавляющее аппетит соединение — N-ацил-фосфатидилэтаноламин (N-Acylphosphatidylethanolamine). Подопытные мыши получали обильный жирный корм, а в питьевую воду добавлялись ГМ-бактерии. Результатом был более низкий, по сравнению с контрольной группой, вес мышей и меньшее количество маркеров диабетических нарушений. Более того, эффект сохранялся в течение четырех-шести недель после прекращения добавления бактерий в воду.
В кишечнике человека содержится около 100 триллионов микроорганизмов не менее сорока видов. Многие из них полезны для пищеварения, так что выбор штамма E.coli, известного пробиотика, логичен для использования в качестве средства, способствующего потере веса. К сожалению, необходимы существенные изменения, которые должны быть проведены, прежде чем начнутся клинические испытания на людях.
Дело в том, что модифицированные бактерии, в их нынешнем виде, устойчивы к антибиотикам. Это было сделано, чтобы сделать их более приспособленными к выращиванию в лаборатории для экспериментальных целей. Несмотря на то, что эти бактерии безвредны, исследователи должны создать другой штамм, без антибиотикорезистентности, который может быть использован в организме человека.
Ожирение стало глобальной проблемой человечества, эпидемией, убивающей 2,8 миллиона человек каждый год. Сахарный диабет второго типа стал проблемой для 347 миллионов человек во всем мире, что в более 80% случаев является следствием ожирения.

Источник <http://22century.ru/med-n-health/3547>
Tags: Наука и ЖестЪ
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Comments allowed for friends only

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

  • 3 comments