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

Nowa powłoka ułatwia sekwencjonowanie DNA

Recommended Posts

Zespół prof. Stuarta Lindsaya z Arizona State University opracował technologię, która może okazać się przełomowym rozwiązaniem w dziedzinie badań genetycznych. Wynalazek opracowany przez badaczy z Arizony pozwala na sekwencjonowanie DNA na podstawie pomiaru właściwości elektrycznych zasad azotowych kodujących informację genetyczną.

Technologia zaproponowana i przetestowana przez zespół prof. Lindsaya opiera się na wykorzystaniu mikroskopii sił atomowych. Metoda ta pozwala na identyfikację cząsteczek (lub, tak jak w przypadku np. DNA, ich podjednostek) na podstawie pomiaru siły, z jaką elektrony krążące wokół tej cząsteczki (podjednostki) odpychają elektrodę mikroskopu

Prawdopodobnie największym osiągnięciem badaczy z Arizony jest opracowanie specjalnej powłoki, zdolnej do wymuszania odpowiedniej orientacji przestrzennej na zasadach azotowych (jednostkach kodujących informację genetyczną, ułożonych jedna za drugą wzdłuż nici DNA). Dzięki pokryciu tym materiałem elektrod mikroskopu uczonym udało się ograniczyć liczbę fałszywych sygnałów mogących zaburzyć pomiar.

Sekwencjonowanie nici DNA z wykorzystaniem nowej metody wymaga przeciągnięcia jej przez wnętrze superwąskiego (2,5 nm szerokości) otworu w sposób przypominający nawlekanie nici na igłę. Każda z zasad azotowych przesuwająca się pomiędzy elektrodami jest wówczas wychwytywana przez nową powłokę, a następnie wykonywany jest pomiar ładunku należących do niej elektronów. Dzięki porównaniu uzyskanych w ten sposób danych z bazą tzw. sygnatur elektronowych aparat przypisuje następnie każdy z pozyskanych sygnałów do jednej z zasad azotowych.

Opracowanie metody szybkiego i taniego sekwencjonowania DNA jest uznawane za jedno z największych wyzwań współczesnej biologii i medycyny. Technologia zaproponowana przez zespół prof. Lindsaya nie jest jedyną próbą realizacji tego celu - o kilku innych pisaliśmy już w KopalniWiedzy. Z pewnością warto jednak śledzić jej losy, gdyż już niedługo właśnie ona może stać się kamieniem milowym w dziedzinie nowoczesnej diagnostyki.

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
      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.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Szwedzcy i hiszpańscy uczeni twierdzą, że Homo sapiens nie miał nic wspólnego z zagładą neandertalczyków. Prowadzone przez nich badania genetyczne wykazały, że większość neandertalczyków wyginęła już 50 tysięcy lat temu. Później niewielka ich grupa ponownie skolonizowała centralną i zachodnią Europę i zamieszkiwała ją przez kolejne 10 000 lat.
      Fakt, że neandertalczycy najpierw niemal wyginęli w Europie, z później ją ponownie skolonizowali i miało to miejsce na długo zanim zetknęli się z człowiekiem współczesnym był dla nas całkowitym zaskoczeniem. To może wskazywać, że neandertalczycy byli znacznie bardziej wrażliwi na dramatyczne zmiany klimatu, które miały miejsce podczas ostatniego zlodowacenia, niż sądziliśmy - mówi profesor Love Dalén ze Szwedzkiego Muzeum Historii Naturalnej.
      Badania genetyczne wykazały, że na 10 000 lat przed całkowitym wyginięciem neandertalczyków ich DNA było znacznie mniej zróżnicowane niż w okresach wcześniejszych. Różnie były znacznie mniejsze niż można się spodziewać po rozpowszechnionym gatunku. Różnice genetyczne u starszych neandertalczyków oraz u neandertalczyków z Azji były tak duże, jak obecne różnice genetyczne pomiędzy ludźmi. Jednak zróżnicowanie młodszych neandertalczyków na terenie Europy było mniejsze niż obecne zróżnicowanie ludzi na Islandii - stwierdził Anders Götherström z uniwersytetu w Uppsali.
      Jako, że badania były prowadzone na mocno uszkodzonym materiale genetycznym, szwedzko-hiszpański zespół poprosił o pomoc specjalistów z innych krajów. Do pracy zaprzęgnięto m.in. statystyków, specjalistów od sekwencjonowania DNA czy paleoantropologów z Danii i USA. Tego typu interdyscyplinarne badania są niezwykle cenne dla poznania naszej ewolucji. W ostatnich latach badania DNA prehistorycznych ludzi przyczyniło się do wielu niespodziewanych odkryć. Zobaczymy, co przyniosą kolejne lata - mówi profesor paleontologii Juan Luis Arsuaga z madryckiego Universidad Complutense.
×
×
  • Create New...