Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Udało się zapisać informację cyfrową w DNA żywego organizmu

Recommended Posts

Dyski twarde i inne systemy zapisywania danych przechowują obecnie olbrzymią ilość informacji. Jednak urządzenia te, podobnie jak niegdyś taśmy magnetyczne czy dyskietki, mogą z czasem odejść do lamusa przez co stracimy dostęp do danych, które na nich gromadzimy. Dlatego też naukowcy opracowali metodę zapisu danych w DNA żywego organizmu. Ten rodzaj „pamięci masowej” w przewidywalnym czasie raczej nie stanie się przestarzały.

Seth Shipman z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco, który nie był zaangażowany w prace, chwali osiągnięcie swoich kolegów z Columbia University, ale zaznacza, że minie dużo czasu, zanim tego typu systemy trafią do praktycznego użytku.
Naukowcy nie od dzisiaj mówią o przechowywaniu danych w DNA. Kwas deoksyrybonukleinowy to bardzo atrakcyjne medium. Umożliwia on ponad 1000-krotnie gęstsze upakowanie danych niż w najbardziej wydajnych dyskach twardych, co oznacza, że na przestrzeni wielkości ziarna soli można by zapisać 10 filmów kinowych. Ponadto, jako że DNA jest centralnym elementem systemów biologicznych można się spodziewać, że z czasem technologie zapisu i odczytu danych w będą coraz tańsze i coraz doskonalsze.

Dotychczas by zapisać dane w DNA naukowcy zamieniali ciąg zer i jedynek na kombinacje par bazowych DNA, następnie dane kodowano w DNA. Jednak jako że dokładność syntezy DNA zmniejsza się wraz z długością, syntetyzuje się DNA o długości 200-300 par bazowych. Każdy z takich fragmentów otrzymuje unikatowy identyfikator, dzięki czemu wiadomo, gdzie znajdują się konkretne dane. To bardzo kosztowna metoda. Zapisanie 1 megabita informacji kosztuje nawet 3500 USD, a fiolki z DNA mogą z czasem ulegać degradacji.

Dlatego też naukowcy próbują zapisywać dane w DNA żywych organizmów, które przekazują informacje pomiędzy pokoleniami.
W 2017 roku zespół Harrisa Wanga z Columbia University wykorzystał technikę CRISPR do rozpoznawania sygnałów biologicznych, takich jak obecność fruktozy. Gdy naukowcy dodali fruktozę do komórek E. coli, zwiększyła się ekspresja genów w cząsteczkach pozachromosomowego DNA zwanych plazmidami.

Następnie komponenty, które bronią bakterię przed wirusami, pocięły plazmid o zbyt dużej ekspresji genów, a jego część trafiła do konkretnej części bakteryjnego DNA, która zapamiętuje ataki wirusów. Ten dodatkowy element reprezentował cyfrowe „1”. Gdy sygnału z fruktozy nie było, mieliśmy do czynienia z cyfrowym „0”.

Jednak, jako że w ten sposób można było przechowywać tylko kilka bitów danych, Wand i jego koledzy zastąpili obecnie system oparty na fruktozie systemem elektrycznym. Tak zmodyfikowali bakterię E. coli, że dochodzi w niej do wzrostu ekspresji w plazmidach w reakcji na przyłożone napięcie elektryczne. W ten sposób udało się elektrycznie zakodować w bakteryjnym DNA do 72 bitów danych i zapisać wiadomość „Hello world!”. Uczeni wykazali też, że mogą dodać E. coli do standardowej mieszaniny mikroorganizmów glebowych i później zsekwencjonować całość by odczytać zakodowaną wiadomość.

Wang podkreśla, że to dopiero początek badań. Nie zamierzamy konkurować w obecnymi systemami przechowywania danych. Przed naukowcami wiele pracy. Muszą np. znaleźć sposób, by uchronić informacje przed degradacją spowodowaną mutacjami bakterii w trakcie podziałów.

Ze szczegółami można zapoznać się na łamach Nature.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Od czasu rozkodowania genomu wiemy o mutacjach zachodzących w DNA. Od 1/3 do 1/4 mutacji w sekwencjach kodujących białka to tzw. mutacje synonimiczne. Dochodzi w nich do takiej zmiany pojedynczego nukleotydu w genie, która nie powoduje zmiany aminokwasu w kodowanym białku. Przez lata uważano, że mutacje takie są neutralne. Jednak naukowcy z University of Michigan odkryli właśnie, że większość mutacji synonimicznych to mutacje bardzo szkodliwe.
      Odkrycie, że większość mutacji synonimicznych nie jest neutralnych, może mieć znaczące skutki dla badań nad mechanizmami różnych chorób, badań genetycznych i biologii ewolucyjnej.Tym bardziej, jeśli spostrzeżenia naukowców z Michigan potwierdzą się w przypadku innych genów i organizmów.
      Wiele badań biologicznych opiera się na założeniu, że mutacje synonimiczne są neutralne, więc obalenie tego poglądu niesie ze sobą szeroko zakrojone konsekwencje. Na przykład mutacje synonimiczne nie są brane pod uwagę podczas badań mutacji powodujących choroby, a jak się okazuje, mogą być powszechnie występującym i niedocenianym mechanizmem chorobotwórczym, mówi jeden z autorów badań, Jianzhi Zhang.
      Zhang i jego koledzy wiedzieli, że od dekady pojawiają się pojedyncze dowody wskazujące, że mutacje synonimiczne mogą nie być neutralne. Uczeni postanowili więc sprawdzić, czy to wyjątki od reguły, czy raczej reguła. Naukowcy za cel badań wybrali drożdże z gatunku Saccharomyces cerevisiae. Ich szczepy są szeroko stosowane jako drożdże piekarnicze, piwowarskie czy winiarskie. Wybór padł właśnie na nie, gdyż jedna generacja tych drożdży żyje około 80 minut, a organizmy te są małe, co pozwala na łatwą, precyzyjną i wygodną obserwację wpływu na drożdże dużej liczby mutacji synonimicznych. Za pomocą techniki CRISPR/Ca9 stworzyli ponad 8000 zmutowanych szczepów drożdży. Każdy z tych szczepów posiadał mutacje synonimiczne, niesynonimiczne oraz nonsensowne w jednym z 21 interesujących naukowców fragmentów.
      Następnie naukowcy oceniali stan poszczególnych szczepów, biorąc pod uwagę tempo ich namnażania się w porównaniu ze szczepami kontrolnymi, do których nie wprowadzono mutacji. W ten sposób, badając tempo reprodukcji, naukowcy mogli stwierdzić, czy mutacje są korzystne, szkodliwe czy neutralne.
      Ku ich zdumieniu okazało się, że aż 75,9% mutacji synonimicznych jest wyraźnie szkodliwych, a 1,3% –wyraźnie korzystnych. Anegdotyczne dowody na to, że mutacje synonimiczne nie są neutralne okazały się wierzchołkiem góry lodowej, mówi główny autor badań, Xukang Shen. Zbadaliśmy też mechanizm, za pomocą którego mutacje synonimiczne wpływały na zdrowie drożdży i stwierdziliśmy, że jednym z powodów jest fakt, iż mutacje synonimiczne i niesynonimiczne wpływają na poziom ekspresji genów, dodaje uczony.
      Naukowcy byli zaskoczeni faktem, że olbrzymia większość mutacji synonimicznych nie jest neutralna. Takie wyniki wskazują bowiem, że dla pojawienia się chorób mutacje synonimiczne są niemal równie ważne co mutacje niesynonimiczne.
      Więcej na ten temat można przeczytać na łamach Nature.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Gdy na początku XX wieku naukowcy zaczęli wykorzystywać elektrody do rejestrowania aktywności mózgu, zauważyli sygnały, które nazwali „falami mózgowymi”. Od tamtej pory są one przedmiotem intensywnych badań. Wiemy, że fale są przejawem zsynchronizowanej aktywności neuronów, a zmiany w intensywności fal reprezentują zmniejszającą się i zwiększającą aktywność grup neuronów. Powstaje pytanie, czy i w jaki sposób fale te uczestniczą w przekazywaniu informacji.
      Kwestię tę postanowił rozstrzygnąć doktorant Tal Dalal z Multidyscyplinarnego Centrum Badań nad Mózgiem na Uniwersytecie Bar-Ilan. Z artykułu opublikowanego na łamach Cell Reports [PDF] dowiadujemy się, że badacze zmienili poziom synchronizacji fal mózgowych w obszarze przekazywania informacji. Następnie sprawdzili, jak wpłynęło to na przekazanie informacji i jak została ona zrozumiana przez obszar mózgu, do którego dotarła.
      Badacze skupili się na części mózgu zawiadującej układem węchowym. Charakteryzuje się ona bowiem silną aktywnością fal mózgowych, a za ich synchronizację odpowiada w tym regionie szczególny typ neuronów. Uczeni wykorzystali metody optogenetyczne, pozwalające na włączanie i wyłączanie aktywności neuronów za pomocą impulsów światła. Dzięki temu mogli obserwować, w jaki sposób włączenie i wyłączenie synchronizacji w jednym regionie wpływało na przekazywanie informacji do innego obszaru mózgu.
      Manipulacji dokonywano w miejscu (nazwijmy je regionem początkowym), w którym dochodzi do wstępnego przetwarzania informacji z układu węchowego. Stamtąd informacja, zsynchronizowana lub niezsynchronizowana, trafiała do kolejnego obszaru (region II), gdzie odbywa się jej przetwarzanie na wyższym poziomie.
      Naukowcy odkryli, że zwiększenie synchronizacji neuronów w regionie początkowym prowadziło do znaczącej poprawy tempa transmisji i przetwarzania informacji w regionie II. Gdy zaś poziom synchronizacji zmniejszono, do regionu II trafiała niepełna informacja.
      Naukowcy dokonali też niespodziewanego odkrycia. Ze zdumieniem zauważyliśmy, że aktywowanie neuronów odpowiedzialnych za synchronizację, prowadziło do spadku ogólnej aktywności w regionie początkowym, więc można się było spodziewać, że do regionu II trafi mniej informacji. Jednak fakt, że dane wyjściowe zostały lepiej zsynchronizowane kompensował zmniejszoną aktywność, a nawet zapewniał lepszą transmisję, mówi Dalal.
      Autorzy badań doszli więc do wniosku, że synchronizacja jest niezwykle ważna dla przekazywania i przetwarzania informacji. To zaś może wyjaśniać, dlaczego zmniejszenie poziomu synchronizacji neuronów, co objawia się mniejszą intensywnością fal mózgowych, może prowadzić do deficytów poznawczych widocznych np. w chorobie Alzheimera. Dotychczasowe badania pokazywały, że istnieje korelacja pomiędzy zmniejszonym poziomem synchronizacji, a chorobami neurodegeneracyjnymi, ale nie wiedzieliśmy, dlaczego tak się dzieje. Teraz wykazaliśmy, że synchronizacja bierze udział w przekazywaniu i przetwarzaniu informacji, więc to może być powód obserwowanych deficytów u pacjentów, mówi Dalal.
      Badania prowadzone przez Dalala i profesora Rafiego Haddada mogą doprowadzić do pojawienia się nowych terapii w chorobach neurodegeneracyjnych. Nie można wykluczyć, że w przyszłości uda się przywrócić odpowiednią sychnchronizację fal mózgowych u chorych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      O ile nam wiadomo, to pierwszy opublikowany dowód pokrewieństwa pomiędzy współcześnie żyjącą osobą, a osobą znaną z historii, które udało się potwierdzić dzięki tak małej ilości DNA i pomiędzy tak odległymi krewnymi, stwierdzili naukowcy na łamach Science Advances. Zespół genetyków, na którego czele stał profesor Eske Willerslev z University of Cambridge poinformował, że Ernie LaPointe rzeczywiście jest praprawnukiem legendarnego Siedzącego Byka.
      Pan LaPointe już wcześniej dowiódł swojego pokrewieństwa z wielkim wodzem, badając drzewo rodzinne, akty zgonu, narodzin i historyczne dokumenty. Teraz uczeni postawili kropkę nad i. Wykorzystali pukiel włosów Siedzącego Byka oraz materiał pobrany od LaPointe'a i metodą badania autosomalnego DNA dowiedli pokrewieństwa pomiędzy nimi.
      Zidentyfikowanie potomka znanego mężczyzny wyłącznie po linii matki tego potomka pozwoli, jak sądzą naukowcy, przeprowadzić podobne badania dla innych znanych osób. Osiągnięcie jest tym bardziej znaczące, że włosy Siedzącego Byka były w bardzo złym stanie. Przez ponad 100 lat przechowywano je bowiem w temperaturze pokojowej w waszyngtońskim Smithsonian Museum. Przed 14 laty zostały one przekazane LaPointe'owi i jego trzem siostrom.
      Ernie LaPointe chciał udowodnić, że jest potomkiem Siedzącego Byka m.in. dlatego, by mieć prawo do przeniesienia jego szczątków w bardziej godne miejsce.
      Siedzący Byk (Tatanka Iotake) urodził się około 1831 roku w plemieniu Hunkpapów, odłamu Teton Dakotów. Już w wieku 14 lat wziął udział w pierwszej wyprawie wojennej i szybko zdobył sobie uznanie dzielnego wojownika. Awansował w strukturach plemienia, stając się jego przywódcą. Doprowadził do powiększenia terenów łowieckich, dbał o dobrostan swoich ludzi. Z białymi żołnierzami walczył po raz pierwszy w 1863 roku. Już 4 lata później, w uznaniu jego mądrości i odwagi, stanął na czele całego narodu Dakotów (Siuksów). W 1876 roku, pełniąc rolę stratega i przywódcy duchowego, poprowadził – wraz z Szalonym Koniem i Galem – swoich ludzi do zwycięskiej bitwy pod Little Big Horn. Była to największa klęska armii USA w wojnach z Indianami. Z czasem jednak głód zmusił Siedzącego Byka i jego ludzi do poddania się i powrotu do wyznaczonego rezerwatu. Tam Siedzący Byk próbował dbać o swoich ludzi, sprzeciwiając się m.in. sprzedaży ziemi Białym.
      W 1885 roku pozwolono mu – częściowo po to, by pozbyć się popularnego przywódcy – dołączyć do Buffalo Billa i jego Wild West Show. Występy przyniosły Siedzącemu Bykowi międzynarodowy rozgłos.
      W 1889 roku wśród Indian popularność zdobywał prorok Wovoka i jego obrzęd religijny Taniec Ducha. Obiecywał on powrót bizonów i usunięcie białych najeźdźców. Władze próbowały zwalczać to zjawisko. Dnia 15 grudnia 1890 roku indiańska policja i żołnierze przybyli, by aresztować Siedzącego Byka. Wódz zginął podczas próby aresztowania.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Etruskowie od dawna fascynują badaczy. Tajemniczy sąsiedzi i rywale Rzymu, który rozwinęli wysoką cywilizację, osiągnęli mistrzostwo w metalurgii i posługiwali się nieindoeuropejskim językiem wciąż są przedmiotem sporów i badań naukowych. Teraz naukowcom z Niemiec, Włoch, USA, Danii i Wielkiej Brytanii udało się zbadać DNA osób powiązanych kulturowo z Etruskami i rzucić nieco światła na ten fascynujący lud.
      Uczeni mieli do dyspozycji genomy 82 osób, które żyły w centralnej i południowej Italii w latach 800 p.n.e. – 1000 n.e. Okazuje się, że pomimo wszelkich różnic kulturowych Etruskowie byli blisko spokrewnieni ze swoimi italskimi sąsiadami, a w ich genomie widać ślady zmian, jakie zachodziły wraz z ważnymi wydarzeniami historycznymi.
      Wiedzę o istnieniu Etrusków przekazali nam rzymscy i greccy pisarze. Jedna z hipotez o ich pochodzeniu, której zwolennikiem był Herodot, mówiła, że Etruskowie to potomkowie emigrantów z Anatolii lub obszaru Morza Egejskiego. Odmiennego zdania był np. Dionizjos z Halikarnasu, który uważał, że kultura etruska jest kulturą autochtoniczną, rozwinęła się na terenie Italii z kultury Villanowa. Obecnie naukowcy skłaniają się ku hipotezie o lokalnym pochodzeniu kultury etruskiej, jednak brak danych z DNA nie pozwalał dotychczas postawić kropki nad i.
      Najnowsze badania DNA, w czasie których specjaliści mieli do dyspozycji próbki z 12 stanowisk archeologicznych, ostatecznie kładą kres hipotezie o anatolijskim pochodzeniu Etrusków. W ich genomie brak bowiem śladów świeżej migracji z tego obszaru. Genom Etrusków jest za podobny do genomu ich italskich sąsiadów, na przykład Rzymian, a znaczna część ich DNA pochodzi od przodków, którzy w epoce brązu przybyli na Półwysep Apeniński z Wielkiego Stepu.
      Tutaj jednak dochodzimy do drugiej, wciąż nierozwiązanej i tym bardziej intrygującej zagadki. Obecnie uważa się, że to ludy stepu niosły ze sobą języki indoeuropejskie, którymi posługują się miliardy ludzi na całym świecie. Zatem pochodzenie języka etruskiego, który nie jest językiem indoeuropejskim, jest tym bardziej intrygującym tajemniczym zjawiskiem. Jak podkreślił profesor David Caramelli z Uniwersytetu we Florencji, zestawienie języka Etrusków z informacją genetyczną na ich temat pokazuje, że przekonanie o tym, iż genetyka wskazuje na język, jest zbyt uproszczone. Tutaj może wchodzić w grę jakiś bardziej złożony proces asymilacji języka wczesnych autochtonów przez Etrusków. Do asymilacji takiej prawdopodobnie dochodziło podczas II tysiąclecia przed Chrystusem, mówi uczony.
      W przypadku kilku zbadanych genomów widzimy domieszkę z Europy Środkowej, wschodnich regionów Morza Śródziemnego czy północy Afryki. Jednak etruska pula genetyczna pozostaje stabilna przez co najmniej 800 lat, aż do Rzymu republikańskiego.
      Jednak w czasach Imperium w środkowej Italii dochodzi do znacznych zmian populacyjnych. Widoczna jest domieszka genów z wschodnich obszarów Śródziemiomorza. Tę pulę genetyczną prawdopodobnie przynieśli ze sobą żołnierze i niewolnicy przemieszczający się po całym Imperium Romanum.
      Zmiany te w sposób oczywisty pokazują, że w czasach Imperium Rzymskiego dochodziło do przemieszczania się ludności na dużą skalę, a ruch ten odbywał się nie tylko w znaczeniu geograficznym ale również w górę i w dół drabiny społecznej, dodaje Johannes Krause, dyrektor Instytutu Antropologii Ewolucyjnej im. Maxa Plancka.
      Do kolejnych dużych zmian w genomie potomków Etrusków dochodzi we wczesnym średniowieczu. Widzimy pochodzącą z tych czasów znaczną domieszkę genów z północy Europy. To zapis ruchów migracyjnych z okresu upadku Zachodniego Cesarstwa Rzymskiego. Wskazuje on, że ludy germańskie, w tym również prawdopodobnie osoby pochodzące z Królestwa Longobardów, pozostawiły znaczący ślad genetyczny w Italii. Później już do tak wielkich zmian nie dochodzi. Wyraźnie bowiem widać kontynuację puli genetycznej z Toskanii i okolic Lazio. To wskazuje, że główny profil genetyczny współczesnych mieszkańców środkowych i południowych Włoch w dużej mierze ukształtował się co najmniej 1000 lat temu.
      Imperium Rzymskie pozostawiło długotrwałe dziedzictwo w profilu genetycznym południowej Europy. Zamknęło lukę genetyczną pomiędzy populacją europejską a populacją wschodnich regionów Morza Śródziemnego, podsumowuje profesor Cosimo Posth z Uniwersytetu w Tybindze.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W lutym Facebook zaczął usuwać posty, w których twierdzono, że koronawirus SARS-CoV-2 jest dziełem człowieka. Działanie takie było częścią kampanii mającej na celu usuwanie fałszywych stwierdzeń na temat COVID-19 i szczepionek. Posty automatycznie usuwano, a użytkownik, który wielokrotnie takie treści publikował, narażał się na blokadę konta. Teraz Facebook znosi zakaz i pozwala na publikowanie informacji o tym, że SARS-CoV-2 został stworzony przez ludzi.
      W świetle toczącego się śledztwa dotyczącego pochodzenia COVID-19 oraz po konsultacjach z ekspertami ds. zdrowia publicznego, zdecydowaliśmy, że nie będziemy więcej blokowali twierdzeń, jakoby COVID-19 był dziełem człowieka. Będziemy nadal współpracować z ekspertami by dotrzymywać kroku zmieniającej się naturze pandemii i aktualizować naszą politykę w miarę, jak pojawiają się nowe fakty i trendy, oświadczyli przedstawiciele Facebooka.
      Do zmiany polityki Facebooka doszło po tym, jak The Wall Street Journal poinformował, że amerykańskie służby specjalne zdobyły wskazówki sugerujące, iż wirus mógł wydostać się z laboratorium. Zdaniem służb, w listopadzie 2019 roku trzech pracowników Instytutu Wirologii w Wuhan trafiło do szpitala z objawami podobnymi do grypy.
      Facebook z jednej strony poluzował algorytmy ograniczające wolność wypowiedzi, z drugiej zaś strony, tego samego dnia, zaczął ostrzej traktować użytkowników, którzy regularnie rozpowszechniają fałszywe informacje.
      Zgodnie z nowymi zasadami, jeśli posty jakiegoś użytkownika zostaną wielokrotnie oznaczone jako fałszywe, Facebook usunie wszystkie jego posty, nawet te, które jako fałszywe nie były oznaczone. Ponadto użytkownicy, którzy mają w ulubionych profile rozpowszechniające fałszywe informacje, będą przed tymi profilami ostrzegani za pomocą wyskakujących okienek.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...