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

Polacy współautorami odkrycia, że nietypowa cegiełka nici DNA naprawia jego uszkodzenia

Recommended Posts

Międzynarodowy zespół badaczy, w tym polscy specjaliści, odkrył, że gdy podmieni się jeden z głównych elementów DNA na substancję nieco zmienioną, naprawia ona uszkodzenia powodowane promieniowaniem UV. Może to wyjaśniać, jak powstawało życie na Ziemi, a w przyszłości także wspomóc syntetyczną biologię i nanotechnologię.

DNA jest proste i skomplikowane zarazem. Składa się z czterech „liter” A,T,C,G pod którymi kryją się cztery substancje (adenina, tymina, cytozyna i guanina). Mogą się one jednak ustawiać w różnej kolejności i w bardzo długich cząsteczkach.

Mechanizm kodowania jest więc prosty, ale informacje w DNA zawarte wyjątkowo obszerne.

DNA może ulegać uszkodzeniom, co prowadzi czasami do utraty informacji i np. wadliwego działania pewnych genów. To z kolei może powodować nieprawidłową pracę komórki, a nawet jej śmierć.

DNA nie lubi m.in. promieni UV, czego skrajne skutki można obserwować np. w postaci nowotworów skóry. Na szczęście komórki dysponują enzymami, które zwykle naprawiają większość uszkodzeń.

Międzynarodowy zespół naukowców, na łamach prestiżowego periodyku „Nature” opisał właśnie, jak pewna cząsteczka może zastępować jedną z liter genetycznego alfabetu – adeninę.

2,6-diaminopuryna, zwana też 2-aminoadeniną, zachowuje wiele funkcji potrzebnych DNA, jednak ma jeszcze jedną, unikalną zdolność. Otóż, podobnie jak komórkowe enzymy, naprawia uszkodzenia wywołane promieniowaniem ultrafioletowym.

Ta cząsteczka mogła przyczynić się do rozwoju życia na Ziemi. W poprzednich pracach pokazywaliśmy, jak podstawowe cegiełki budujące DNA i RNA mogły powstawać na młodej Ziemi za pomocą promieniowania UV. To promieniowanie UV jest jednak szkodliwe dla łańcuchów tych polimerów niosących informację genetyczną. Np. UV jest jednym z czynników powodujących raka poprzez uszkodzenia nici DNA. Na młodej Ziemi nie było jeszcze skomplikowanej maszynerii, która jest w stanie naprawić wiele z tych uszkodzeń w organizmach żywych, więc naturalnym pytaniem było, jak polimery DNA lub RNA na młodej Ziemi mogły przetrwać te trudne warunki – wyjaśnia dr Rafal Szabla, chemik pracujący na University of Edinburgh.

Nam udało się znaleźć alternatywną cegiełkę DNA, która jest w stanie sama te uszkodzenia naprawić, a jednocześnie jest w stanie pełnić wiele podstawowych funkcji biochemicznych – tłumaczy ekspert.

Jednocześnie zupełnie niedawno w magazynie Science ukazały się trzy artykuły opisujące rolę 2,6-diaminopuryny w bakteriofagach, wirusach atakujących bakterie. Jak się okazuje, wiele z nich posiada całe genomy z adeniną kompletnie wymienioną na 2,6-diaminopurynę. Jej rola w tym przypadku jest jednak inna - chroni ona bakteriofagi przed zniszczeniem przez atakowane bakterie.

Autorzy tego odkrycia też jednak wskazują na potencjalną rolę tej substancji w pochodzeniu życia na Ziemi.

Być może związek ten znajdzie nawet praktyczne zastosowania.

W biologii syntetycznej może on otworzyć kilka ciekawych ścieżek. DNA z tym genomem ma bardziej stabilne i odporne na ciepło podwójne helisy. My pokazaliśmy że jest też zdecydowanie bardziej odporne na UV – zwraca uwagę dr Szabla.

Ponadto alternatywne zasady mogą np. pozwolić na budowę nieco innych białek (z niebiologicznymi komponentami). Może to mieć też zastosowanie w fagoterapii, w walce ze specyficznymi bakteriami. DNA jest też wykorzystywane w nanotechnologii i tego typu inżynieryjne usprawnienia mogą odgrywać istotną rolę, kiedy chcemy uzyskać materiały z DNA o usprawnionych właściwościach – kontynuuje badacz.

W projekcie uczestniczyli też inni polscy specjaliści - dr Magdalena Zdrowowicz i jej koledzy z Uniwersytetu Gdańskiego.


« 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
      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
      Skrajne wcześniactwo wiąże się z dużym ryzykiem uszkodzenia mózgu. Naukowcy z Uniwersytetu Wiedeńskiego i Medycznego Uniwersytetu Wiedeńskiego znaleźli potencjalny cel terapeutyczny, który może pomóc leczyć takie uszkodzenia. Co interesujące, znajduje się on poza mózgiem, a są nim... bakterie mikrobiomu jelit. Uczeni odkryli, że nadmiar bakterii z rodziny Klebsiella w jelitach skrajnych wcześniaków powiązany jest ze zwiększą obecnością pewnych komórek odpornościowych i rozwojem uszkodzeń mózgu.
      Wiemy, że wczesny rozwój jelit, mózgu i układu odpornościowego są ściśle ze sobą powiązane. Związek ten nazywany jest osią jelita-układ odpornościowy-mózg.
      Mikroorganizmy w mikrobiomie jelit – na który składają się setki niezbędnych do życia gatunków bakterii, grzybów, wirusów i innych mikroorganizmów – są u zdrowych osób w stanie równowagi. Jednak u wcześniaków, u których układ odpornościowy i mikrobiom jeszcze się nie w pełni rozwinęły, z dużym prawdopodobieństwem może dojść do zaburzenia tej równowagi. A to negatywnie wpływa na mózg, wyjaśnia główny autor badań, mikrobiolog i immunolog David Seki.
      Naukowcom udało się zidentyfikować liczne wzorce w mikrobiomie i układzie odpornościowym, które są powiązane z głębokością i postępem uszkodzeń mózgu. Co ważne, takie wzorce często ujawniają się, zanim dojdzie do zmian w mózgu. To zaś wskazuje, że istnieje okienko, w którym u skrajnych wcześniaków będziemy mogli powstrzymać uszkodzenia mózgu lub w ogóle im zapobiec, stwierdza David Berry z Uniwersytetu Wiedeńskiego.
      Terapie takich zaburzeń będą możliwe dzięki biomarkerom, które Austriakom już udało się zidentyfikować. Nasze badania pokazują, że nadmierny rozrost Klebsielli i powiązany z tym podniesiony poziom subpopulacji limfocytów Tγδ (gamma delta) najprawdopodobniej zwiększają uszkodzenia mózgu. Byliśmy w stanie wyśledzić ten mechanizm, gdyż jako pierwsi szczegółowo zbadaliśmy, jak u specyficznej grupy noworodków zachodzi interakcja pomiędzy układem odpornościowym, mikrobiomem a rozwojem mózgu, wyjaśnia neonatolog Lukas Wisgrill.
      W badaniach wzięło udział 60 wcześniaków urodzonych przed 28. tygodniem ciąży i ważących mniej niż 1 kilogram. Naukowcy wykorzystali nowoczesne technologie sekwencjonowania genomu, analizowali krew i próbki kału oraz wykorzystywali EEG i rezonans magnetyczny.
      Jak mówią główni autorzy badań, Angelika Berger i David Berry, to dopiero wstęp do jeszcze lepszego zrozumienia rozwoju wcześniaków. Uczeni chcą przez kolejne lata śledzić losy dzieci, które brały udział w ich badaniu. Dopiero po latach dowiemy się, jak pod względem motorycznym i poznawczym będą się te dzieci rozwijały. Naszym celem jest zrozumienie, w jaki sposób bardzo wczesny rozwój osi jelita-układ odpornościowy-mózg wpływa na długoterminowy rozwój, stwierdza Berger.
      Ze szczegółowymi wynikami badań można zapoznać się w artykule Aberrant gut-microbiota-immune-brain axis development in premature neonates with brain damage opublikowanym na łamach Cell Host & Microbe.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Duńscy badacze opisali podstawy procesu, za pomocą którego komórki nowotworowe naprawiają niebezpieczne dla nich uszkodzenia błony komórkowej. Wykazali przy tym, że powstrzymanie tego procesu powoduje śmierć komórek. Proces makropinocytozy może stać się celem przyszłych terapii przeciwnowotworowych, mówi Jesper Nylandsted z Uniwersytetu w Kopenhadze, który stał na czele grupy badawczej.
      Błona komórkowa jest zasadniczym elementem chroniącym komórkę przed niekorzystnym wpływem czynników zewnętrznych. Dobrze znamy wstępny mechanizm naprawy błony komórkowej, jednak mniej wiemy o tym, w jaki sposób komórki naprawiają samą strukturę błony, by przywrócić homeostazę, stwierdza Nylandsted.
      Duńczycy uszkadzali komórki nowotworowe, wypalając w ich błonach otwory za pomocą lasera. Już wcześniej specjaliści z Duńskiego Towarzystwa Raka obserwowali, jak komórki potrafią „zszywać” tak uszkodzoną błonę. Tym razem okazało się, że – szczególnie komórki agresywnych nowotworów – wykorzystują podczas naprawy proces makropinocytozy. Niewykluczone, że preferowany jest ten mechanizm, gdyż dzięki niemu komórka ma możliwość ponownego użycia uszkodzonej błony. Ten rodzaj recyklingu może być użyteczny w przypadku komórek nowotworowych, gdyż podlegają one częstym podziałom, co wymaga od nich dużej ilości energii i materiału.
      Uzyskane przez nas wyniki wskazują, że komórki aktywnie wymieniają uszkodzoną część błony i naprawiają ją za pomocą makropinocytozy. Wydaje się, że kluczowy jest tutaj pierwszy krok internalizacji uszkodzonej błony drogą makropinocytozy. To właśnie umożliwia komórce przetrwanie. Sądzimy, że dzięki temu, usuwając uszkodzoną błonę i proteiny po wstępnej naprawie, komórki nowotworowe lepiej radzą sobie z problemem, stwierdzają badacze.
      Duńczycy próbują dowiedzieć się więcej o tym, w jaki sposób komórki nowotworowe chronią swoją błonę komórkową. Obok makropinocytozy interesuje nas to, co dzieje się po wstępnym zamknięciu uszkodzonej błony. Sądzimy, że to wstępne łatanie jest dość pobieżne i później konieczna jest lepszej jakości naprawa. To może być kolejny słaby punkt komórek nowotworowych, któremu chcemy się bliżej przyjrzeć, mówi doktor Stine Lauritzen Sønder.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Układ Słoneczny przemieszcza się przez wszechświat z prędkością 370 km/s. Wraz z nim przemieszcza się Ziemia, która na swojej drodze napotyka ciemną materię. Wykrywacze ciemnej materii, jak XENON1T, rejestrują zderzenia z cząstkami ciemnej materii. Jednak nie określają, z jakiego kierunku nadeszła cząstka. A to poważnie ogranicza możliwości badawcze.
      XENON1T to wyjątkowe urządzenie. To jeden z najczulszych wykrywaczy ciemnej materii, w którym zaobserwowano najrzadsze zjawisko we wszechświecie, wykryto tajemnicze sygnały, a naukowcy zaproponowali kilka interesujących pomysłów na ich interpretację.
      Teraz Ciaran O'Hare i jego koledzy z University of Sydney przetestowali projekt nowego detektora ciemnej materii, który nie tylko wykryje obecność jej cząstek, ale również określi kierunek, z którego nadeszły. Uczeni przeprowadzili pierwszą symulację działania ich wykrywacza i poinformowali o bardzo obiecujących wynikach.
      Nowy wykrywacz ciemnej materii ma bazować na DNA. Podwójne helisy kwasów nukleinowych miałyby tworzyć gęsty las zwisając z warstw złotych płacht. Pozycja każdej z nici DNA byłaby znana z nanometrową dokładnością.
      Gdy cząstka ciemnej materii trafi do takiego wykrywacza i uderzy w którąkolwiek z nici DNA, rozbije ją, a odłamane fragmenty wpadną do położonego poniżej specjalnego układu mikroprzepływowego. Za pomocą techniki PCR potrafimy precyzyjnie badać sekwencję par bazowych kwasów nukleinowych, zatem będziemy mogli z nanometrową precyzją określić oryginalną pozycję każdego z odłamanych fragmentów, stwierdzają naukowcy. W ten sposób możliwe będzie śledzenie trasy cząstek ciemnej materii w detektorze.
      Pomysł detektora ciemnej materii opartego na DNA pojawił się już w 2012 roku. Teraz po raz pierwszy udało się przeprowadzić symulację pracy takiego detektora, by sprawdzić, czy ma on szansę działać. Badacze wzięli pod uwagę różne potencjalne typy cząstek, różne energie i kierunki. Doszliśmy do wniosku, że oparty na DNA detektor byłby ekonomicznym, przenośnym i potężnym wykrywaczem nowych cząstek, stwierdzają uczeni.
      Nowy detektor byłby znacznie mniejszy i tańszy niż obecnie istniejące i budowane wykrywacze ciemnej materii. Nie jest jednak doskonały. Detektor DNA nie jest w stanie dostarczyć wystarczająco dużo informacji, by móc określić rodzaj cząstki czy jej dokładną energię. Dlatego też takie wykrywacze będą prawdopodobnie używane jako uzupełnienie tych tradycyjnych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      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
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...