Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Jak wiele dzieli nas od dnia, w którym lekarz będzie w stanie wykonać badanie genetyczne podczas naszej wizyty w gabinecie? Specjaliści w wielu ośrodkach badawczych robią wszystko, by stało się to jak najszybciej. Najnowszym efektem ich pracy jest urządzenie do szybkiego sekwencjowania DNA w czasie rzeczywistym.

Autorami technologii są specjaliści z firmy Pacific Biosciences, której siedziba znajduje się w Menlo Park w Kalifornii. Opracowane przez nich urządzenie nie należy co prawda do kompaktowych - przypomina rozmiarami zamrażarkę - lecz umożliwia błyskawiczne odczytanie sekwencji nukleotydów, czyli jednostek kodujących informację genetyczną, w analizowanej nici DNA.

Wyprodukowano dotychczas dwanaście prototypów aparatu. Co ciekawe, publiczny debiut pierwszego egzemplarza miał miejsce zaledwie niecały rok temu podczas konferencji dotyczącej sekwencjonowania DNA. Szef Pacific Biosciences, Steve Turner, zrobił na przedstawicielach nauki i biznesu tak wielkie wrażenie, że udało mu się zebrać aż 100 milionów dolarów na dalsze badania.

Sercem zaprezentowanego urządzenia jest dwuwarstwowa płytka złożona z podstawy zbudowanej z dwutlenku krzemu (krzemionki) i nałożonej na nią warstwy metalu o grubości 100 nanometrów. W metalowej płyce wydrążono tysiące otworów o średnicy zaledwie 10 nanometrów każdy. Na dnie każdego z nich przytwierdzono do krzemionkowego podłoża enzym polimerazę DNA, która przeprowadza reakcję replikacji materiału genetycznego.

W celu wykonania badania w dołku umieszcza się roztwór badanego fragmentu DNA, pochodzącego np. od pacjenta, oraz składniki niezbędne do przeprowadzenia jego replikacji. Najważniejszymi z nich są nukleotydy - jednostki budulcowe materiału genetycznego. Każdy z czterech typów nukleotydów, oznaczanych literami A, C, G oraz T, został wyznakowany innym rodzajem barwnika fluorescencyjnego. Zgodnie z uniwersalnymi regułami replikacji DNA, nukleotyd danego typu jest przyłączany do powstającej w trakcie replikacji nici wyłącznie wtedy, gdy będzie odpowiadał nukleotydowi położonemu na nici matrycowej. Dzieje się to zgodnie z tzw. regułą komplementarności, według której nukleotyd C przyłączany jest do nowego łańcucha DNA zawsze naprzeciw nukleotydu G cząsteczki kopiowanej, zaś A zawsze "łączy się w parę" z T.

Po dodaniu wszystkich składników rozpoczyna się replikacja DNA. Gdy w pobliżu cząsteczki enzymu znajdzie się akurat odpowiedni nukleotyd, tzn. taki, który pasuje do nukleotydu na nici "matrycowej", polimeraza przyłącza go do syntetyzowanej cząsteczki. Przez cały czas trwania tego procesu dołek jest oświetlany światłem lasera, który wzbudza barwniki fluorescencyjne przyłączone do nukleotydów. Jest on ustawiony tak, by oświetlać wyłącznie najbliższe otoczenie cząsteczki polimerazy, dzięki czemu w danej chwili wykrywane jest wyłącznie światło pochodzące od przyłączanego właśnie nukleotydu. Ponieważ każdy z nukleotydów zawiera, jak wcześniej wspomniano, inny rodzaj barwnika, na podstawie analizy emitowanego światła można z łatwością określić, jaka cząsteczka została w danej chwili przyłączona do syntetyzowanej nici. Pozwala to na odtworzenie, krok po kroku, całej sekwencji badanej nici.

Możliwości systemu opracowanego przez Pacific Biosciences są niezwykłe. Z użyciem nowej technologii możliwe jest ustalenie sekwencji 12 milionów nukleotydów, co odpowiada 0,3% całego genomu człowieka, w ciągu zaledwie godziny. Biorąc pod uwagę, że sekwencjonowaniu poddaje się zwykle fragmenty o długości kilkuset nukleotydów, możliwe jest prowadzenie szybkich i wiarygodnych badań genetycznych ma masową skalę.

Przedstawiciele przedsiębiorstwa planują rozpoczęcie sprzedaży urządzenia na rok 2010. Jego sukces nie jest jednak pewny ze względu na ogromną konkurencję na rynku. Co najmniej kilka innych firm pracuje nad rozwojem podobnych platform i wszystko wskazuje na to, że wygra ten, kto pierwszy uruchomi system pozwalający na wykonanie szybkich i masowych, ale też tanich analiz.

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
      Po raz pierwszy w historii sąd federalny nakazał udostępnienie policji całej bazy danych DNA, w tym profili, których właściciele nie wyrazili zgody na udostępnienie.
      Od czasu, gdy w ubiegłym roku policja – po przeszukaniu publicznej bazy danych DNA – schwytała seryjnego mordercę sprzed dziesięcioleci, udało się dzięki takim bazom rozwiązać wiele nierozstrzygniętych spraw. Jednak działania policji budzą zastrzeżenia dotyczące prywatności. We wrześniu Departament Sprawiedliwości, by rozwiać te obawy, wydał instrukcję, zgodnie z którą policja może przeszukiwać tego typu bazy danych wyłącznie w sprawach o przestępstwa związane z użyciem przemocy oraz tam, gdzie właściciel profilu wyraził zgodę.  Już zresztą wcześniej, bo w maju witryna GEDmatch, na którą każdy może wgrać swój profil DNA, ograniczyła policji dostęp do tych profili, których właściciele wyrazili zgodę. Tym samym liczba profili DNA do których policja ma dostęp na GDAmatch spadła z 1,3 miliona do zaledwie 185 000.
      Pewien policyjny detektyw z Florydy prowadzi śledztwo w sprawie seryjnego gwałciciela. Uznał, że dostęp jedynie do 185 000 profili z GEDmatch to zbyt mało i wystąpił do sądu z wnioskiem, by ten, nakazał witrynie udostępnienie mu całej bazy. Detektyw ma nadzieję, że jacyś krewni gwałciciela wgrali tam informacje o swoim DNA, dzięki którym uda się znaleźć sprawcę. Sędzia przychylił się do prośby detektywa. Wyrok taki od razu wzbudził kontrowersje.
      Prawnicy mówią, że to, czy właściciele profili mają powody do zmartwień zależy od prowadzenia każdej ze spraw i trudno jest na tym etapie wyrokować, jak rozstrzygnięcie sądu ma się do amerykańskiego prawa. Zwracają jednak uwagę, że GEDmatch to niewielka firma. Mimo to posiadana przez nią baza 1,3 miliona profili oznacza, że w bazie tej znajduje się profil kuzyna trzeciego stopnia lub kogoś bliżej spokrewnionego z 60% białych Amerykanów.
      Firmy takie jak 23andMe czy Ancestry posiadają znacznie bardziej rozbudowane bazy, a zatem pozwalają na sprofilowanie znacznie większej liczby obywateli USA. Zresztą 23andMe już zapowiedziała, że jeśli otrzyma podobny wyrok to będzie się od niego odwoływała. Prawnicy zauważają, że z jednej strony, jeśli w przyszłości pojawi się takie odwołanie i rozpocznie się batalia sądowa, którą będzie rozstrzygał jeden z Federalnych Sądów Apelacyjnych lub Sąd Najwyższy, to ustanowiony zostanie silny precedens. Z drugiej strony osoba, która zostałaby oskarżona dzięki przeszukaniu takiej bazy mogłaby zapewne powoływać się na Czwartą Poprawkę, która zakazuje nielegalnych przeszukań.
      Specjaliści mówią, że jeśli podobne wnioski zaczną pojawiać się coraz częściej i sądy będą się do nich przychylały, to będzie to poważny problem dla witryn z bazami danych DNA.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy ze szwedzkiego Uniwersytetu Technologicznego Chalmers obalili teorię mówiącą, że obie nici DNA są utrzymywane przez wiązania atomów wodoru. Okazuje się, że kluczem są siły hydrofobowe, nie atomy wodoru. Odkrycie to może mieć duże znaczenie dla medycyny i innych nauk biologicznych.
      Helisa DNA składa się z dwóch nici zawierających molekuły cukru i grupy fosforanowe. Pomiędzy obiema nićmi znajdują się zasady azotowe zawierające atomy wodoru. Dotychczas sądzono, że to wiązania atomów wodoru utrzymują razem obie nici.
      Jednak uczeni z Chalmers wykazali właśnie, że kluczem do utrzymania razem nici jest hydrofobowe wnętrze molekuł zanurzonych w środowisku składającym się głównie z wody. Zatem mamy tutaj hydrofilowe otoczenie i hydrofobowe molekuły odpychające otaczającą je wodę. Gdy hydrofobowe molekuły znajdują się w hydrofilowym środowisku, grupują się razem, by zmniejszyć swoją ekspozycję na wodę.
      Z kolei wiązania wodorowe, które dotychczas postrzegano jako elementy utrzymujące w całości podwójną helisę DNA, wydają się mieć więcej wspólnego z sortowaniem par bazowych, zatem z łączniem się helisy w odpowiedniej kolejności.
      Komórki chcą chronić swoje DNA i nie chcą wystawiać ich na środowisko hydrofobowe, które może zawierać szkodliwe molekuły. Jednocześnie jednak DNA musi się otwierać, by było użyteczne. Sądzimy, że przez większość czasu komórki utrzymują DNA w środowisku wodny, ale gdy chcą coś z DNA zrobić, na przykład je odczytać, skopiować czy naprawić, wystawiają DNA na środowisko hydrofobowe, mówi Bobo Feng, jeden z autorów badań.
      Gdy na przykład dochodzi do reprodukcji, pary bazowe odłączają się i nić DNA się otwiera. Enzymy kopiują obie strony helisy, tworząc nową nić. Gdy dochodzi do naprawy uszkodzonego DNA, uszkodzone części są wystawiane na działanie hydrofobowego środowiska i zastępowane. Środowisko takie tworzone jest przez proteinę będącą katalizatorem zmiany. Zrozumienie tej proteiny może pomóc w opracowaniu wielu leków czy nawet w metodach leczenia nowotworów. U bakterii za naprawę DNA odpowiada proteina RecA. U ludzi z kolei proteina Rad51 naprawia zmutowane DNA, które może prowadzić do rozwoju nowotworu.
      Aby zrozumieć nowotwory, musimy zrozumieć, jak naprawiane jest DNA. Aby z kolei to zrozumieć, musimy zrozumieć samo DNA. Dotychczas go nie rozumieliśmy, gdyż sądziliśmy, że helisa jest utrzymywana przez wiązania atomów wodoru. Teraz wykazaliśmy, że chodzi tutaj o siły hydrofobowe. Wykazaliśmy też, że w środowisku hydrofobowym DNA zachowuje się zupełnie inaczej. To pomoże nam zrozumieć DNA i proces jego naprawy. Nigdy wcześniej nikt nie umieszczał DNA w środowisku hydrofobowym i go tam nie badał, zatem nie jest zaskakujące, że nikt tego wcześniej nie zauważył, dodaje Bobo Feng.
      Szwedzcy uczeni umieścili DNA w hydrofobowym (w znaczeniu bardzo zredukowanej koncentracji wody) roztworze poli(tlenku etylenu) i krok po kroku zmieniali hydrofilowe środowisko DNA w środowisko hydrofobowe. Chcieli w ten sposób sprawdzić, czy istnieje granica, poza którą DNA traci swoją strukturę. Okazało się, że helisa zaczęła się rozwijać na granicy środowiska hydrofilowego i hydrofobowego. Bliższa analiza wykazała, że gdy pary bazowe – wskutek oddziaływania czynników zewnętrznych – oddzielają się od siebie, wnika pomiędzy nie woda. Jako jednak, że wnętrze DNA powinno być suche, obie nici zaczynają przylegać do siebie, wypychając wodę. Problem ten nie istnieje w środowisku hydrofobowym, zatem tam pary bazowe pozostają oddzielone.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Największe na świecie badania raf koralowych pozwoliły na określenie które rafy i w jaki sposób można uratować, informują naukowcy z WCS (Wildlife Conservation Society), wielu organizacji pozarządowych, agend rządowych oraz uniwersytetu. Dzięki nim opracowano trzy strategie, które mają zostać szybko wdrożone w celu ratowania raf.
      W najnowszym numerze Nature Ecology and Evolution opublikowano wyniki badań prowadzonych przez ponad 80 naukowców na ponad 2500 rafach na oceanach Indyjskim i Spokojnym.
      Dobra wiadomość jest taka, że wciąż istnieją dobrze funkcjonujące żywe rafy koralowe i nie jest za późno, by je ocalić. Możemy uratować dla przyszłych pokoleń ostatnie istniejące rafy, które zostały dotknięte zmianami klimatu. Jednak tam, gdzie doszło do dużej degeneracji raf, nadbrzeżne społeczności będą musiały znaleźć sobie w przyszłości inne źródło utrzymania, mówi główna autorka badań i szefowa prowadzonego przez WCS programu monitorowania raf, doktor Emily Darling.
      Fakt, że można uratować część raf to dobra wiadomość. W regionie indopacyficznym znajduje się wielka różnorodność raf, niestety od ponad 20 lat w regionie tym coraz częściej dochodzi do incydentów masowego blaknięcia raf.
      Dzięki badaniom udało się zidentyfikować trzy główne strategie zachowania raf koralowych. Pierwsza z nich polega na ich ochronie. Okazało się, że 17% badanych raf dobrze sobie radziło i były to rafy, których nie dotknęły niekorzystne zjawiska z lat 2014–2017 związane z El Niño. Znajdują się one na wodach przybrzeżnych 22 krajów, od Wschodniej Afryki po Azję Południowo-Wschodnią. Można je ocalić koordynując działania na skalę międzynarodową. Druga ze strategii polega na odradzaniu uszkodzonych raf. Mogłaby one objąć 54% badanych raf. To rafy, które jeszcze niedawno dobrze funkcjonowały, jednak dotknęło je masowe blaknięcie z lat 2014–2017. Strategia trzecia to zmiana stylu życia lokalnych społeczności. Aż 28% raf koralowych przestało funkcjonować, a ludzie, którzy są od nich uzależnieni muszą znaleźć inne źródła utrzymania.
      Autorzy badań podkreślają, że niezwykle istotne jest prawidłowe zarządzanie rafami na szczeblu lokalnym, tworzenie obszarów chronionych i inne ograniczenia w ich eksploatacji, ale nie może to zastępować działań globalnych. Ocalenie raf będzie wymagało prowadzenia działań na szczeblu lokalnym i globalnym. Należy z jednej strony ograniczać zależność lokalnych społeczności od raf tak, by rafy były mniej eksploatowane, z drugiej zaś strony należy prowadzić działania zmierzające do utrzymania globalnego ocieplenie na poziomie poniżej 1,5 stopnia Celsjusza od okresu preindustrialnego", mówi doktor Tim McClanahan.
      Utrzymanie się raf koralowych zależy w dużej mierze od ograniczenia emisji węgla do atmosfery. Jednak niezwykle ważne jest zidentyfikowanie tych raf, które zareagują bądź nie zareagują na działania na szczeblu lokalnym. Odpowiednie zarządzanie rafami pozwoli na opracowanie strategii pomocy ludziom, którzy są uzależnieni od raf, dodaje doktor Georgina Gurney.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zespół z Mayo Clinic nauczył układ immunologiczny myszy zwalczania czerniaka złośliwego. Do spokrewnionego z wirusem wścieklizny wirusa pęcherzykowatego zapalenia jamy ustnej wprowadzono DNA pobrane z ludzkich komórek czerniaka. Dzięki temu szereg genów można było wprowadzić bezpośrednio do guza. Na wczesnym etapie badań w mniej niż 3 miesiące z minimalnymi skutkami ubocznymi wyleczono 60% gryzoni.
      Sądzimy, że ta technika pozwoli nam zidentyfikować całkowicie nowy zestaw genów, które kodują antygeny ważne dla stymulowania układu odpornościowego, tak aby odrzucił on nowotwór. [...] Zauważyliśmy, że by odrzucenie guza było najskuteczniejsze, u myszy kilka białek musi ulegać jednoczesnej ekspresji - tłumaczy dr Richard Vile.
      Wierzę, że uda nam się stworzyć eksperymentalne szczepionki, dzięki którym po kolei wyeliminujemy wszystkie nowotwory. Szczepiąc przeciwko wielu białkom naraz, mamy nadzieję leczyć guzy pierwotne i chronić przed wznową.
      Szczepionki powstające w ramach nurtu immunoterapii nowotworowej bazują na spostrzeżeniu, że guzy przystosowują się do powtarzalnych ataków układu odpornościowego, zmniejszając liczbę antygenów na powierzchni komórek. Przez to układowi odpornościowemu trudniej jest je rozpoznać. O ile jednak nowotwory mogą się nauczyć ukrywać przed zwykłym układem odpornościowym, o tyle nie są w stanie uciec przed układem immunologicznym wytrenowanym przez zmodyfikowany genetycznie wirus pęcherzykowatego zapalenia jamy ustnej.
      Nikt nie wie, ile antygenów układ odpornościowy widzi na powierzchni komórek nowotworowych. Doprowadzając do ekspresji wszystkich białek w wysoce immunogennych wirusach, zwiększamy ich widoczność dla systemu odpornościowego - wyjaśnia dr Vile.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Ötzi, znaleziony przed 20 laty zmumifikowany „Człowiek Lodu“, którego zwłoki liczą sobie ponad 5000 lat, miał brązowe oczy. Naukowcy badający jego DNA stwierdzili również, że jego organizm nie tolerował laktozy, był podatny na choroby serca i chorował na boreliozę. Niewykluczone też, że był spokrewniony z niektórymi współczesnymi mieszkańcami północnych wybrzeży Morza Śródziemnego.
      Wykryta u Ötzi borelioza to najstarszy znany przypadek tej choroby. Badania DNA wskazujące na podatność na choroby serca potwierdziły, że prawidłowo wcześniej zidentyfikowano zwapnienie arterii. To z kolei oznacza, iż występowania chorób serca nie można przypisywać wyłącznie współczesnemu trybowi życia.
      Jeden z genów wskazuje, że przodkowie Ötzi przybyli do Europy z terenów Bliskiego Wschodu. Gen ten jest obecnie rzadko znajdowany w Europie, jednak można go znaleźć u Włochów, a przede wszystkim u mieszkańców Sardynii i Korsyki.
×
×
  • Create New...