Если инженеры хотят создать что-то наноразмерное - размером с белок, антитела или вирус - имитировать поведение клетки было бы хорошим началом, поскольку они содержат огромное количество информации в крошечном пакете. Но сымитировать крошечную вещь - крайне сложная задача.
«Я привык считать клетки настоящими маленькими роботами. Биология запрограммировала природные клетки, но теперь инженеры начинают задумываться о том, как создать искусственные», - говорит Эрик Уинфри, профессор информатики, вычислений и нейтральных систем, а также биоинженер Калтеха.
«Мы хотим запрограммировать нечто размером с микрон, тоньше человеческого волоса, что сможет взаимодействовать с химической средой, а также выполнять спектр задач, подвластных биологическим вещам, но по нашим инструкциям».
Центральной проблемой биоинженеров на таких масштабах является то, что вещи просто не работают, как положено, хотя схемы вроде бы верные. Небольшие колонии молекул просто не ведут себя так же, как большие колонии таких же молекул.
Ритмичный пульс Решением команды ученых стал генератор, состоящий из небольших синтетических молекул ДНК, которые активируются РНК-транскриптами и ферментами. Когда молекула ДНК активируется другими компонентами, создается биологическая цепь. Эта схема работает в ритмичном пульсе в течение примерно 15 часов, пока ее химические реакции не замедлятся и в конце концов не остановятся.
Затем исследователи решили «разбить» генератор из одной большой системы в экспериментальной пробирке на много небольших генераторов.
Используя подход, разработанный Максимилианом Вайцом и его коллегами из Технического университета Мюнхена и бывшим аспирантом Калтеха Элайзой Франко, ученые смешали водный раствор ДНК, РНК и ферментов, входящих в состав биохимического генератора, с маслом и встряхивали, пока небольшие порции раствора, каждая из которых содержала крошечный генератор, не были изолированы в каплях масла.
«После добавления масла и встряхивания смесь превратилась в крем, который можно назвать эмульсией, похожей на легкий майонез, - рассказал Уинфри ресурсу Futurity.org. - Затем мы взяли этот крем, вылили на стекло и размазали, чтобы посмотреть на пульсации каждой капли под микроскопом».
Если образец крайне мал Когда активен большой образец раствора, он флуоресцирует в регулярном пульсе. Крупные капли ведут себя так, как и весь раствор: действуют отдельно, но все еще согласованно.
Но поведение мельчайших капель менее последовательно, а их импульсы быстро выходят из фазы крупных капель.
Исследователи ожидали, что различные капли, особенно мелкие, будут вести себя по-разному из-за эффекта, известного как динамика стохастической реакции. Отдельные реакции, составляющие биохимическую схему, могут происходить в разное время в разных частях раствора.
Если образец раствора достаточно велик, эффект усредняется, но если образец очень мал, различия во времени реакции увеличиваются. Чувствительность к размеру капель может быть еще более значительной в зависимости от характера реакций.
Как объяснил Уинфри, «если у вас есть две конкурирующих реакции, скажем, x преобразуется в y или x преобразуется в z, каждая протекает с одной и той же скоростью, в конечном итоге в пробирке образуется пополам y и z. Но если у вас в капле всего четыре молекулы, скорее всего, все они преобразуются в y».
Дело в шуме В своих экспериментах на биохимическом генераторе Уинфри с коллегами обнаружили, что этот источник шума - динамика стохастической реакции - был относительно небольшим по сравнению с источником шума, который они не предвидели: эффекты разделения.
Другими словами, молекулы, которые были захвачены в каждой капле, не были одинаковыми. Некоторые капли изначально имели больше молекул, некоторые меньше, и соотношение между различными элементами также отличалось.
Таким образом, даже до того, как разное время реакция может создать стохастическую динамику, крошечные популяции молекул начинают с разнородными особенностями. Эти различия увеличиваются по мере того, как протекает биохимическая реакция.
«Чтобы заставить работать искусственные клетки, нужно знать источники шума. Основной мыслью у нас было то, что шум, с которым мы сталкивается, связан со случайностью химических реакций на таких масштабах. Но этот опыт научил нас тому, что стохастическая динамика - это задача следующего уровня. Чтобы на него выйти, нам нужно выяснить, что делать с шумом разделения».
Для Уинфри это весьма захватывающая задача: «Когда я программирую свой компьютер, я могу думать исключительно в терминах детерминированных процессов. Но когда я пытаюсь программировать на молекулярных масштабах, мне нужно думать в терминах вероятностей и случайных (стохастических процессов)».
Возможно, именно Уинфри станет первым создателем искусственных клеток. Но для начала ему нужно решить проблему случайностей.
20:01 5 Март 2014
Alogizma
Старожил
сообщений 4862
857
Почему нельзя создать искусственную клетку. объясняю на человеческом языке: Клетка гораздо сложнее самого сложного современного компьютера. живая клетка пока ещё до конца НЕ ИЗУЧЕНА. Как же создавать то, что сам не знаещь? Вот что такое опыты этих учёных 9считаю, что проводятся они просто от скуки, надо же чем-то заниматься. серьёзный учёный. конечно, не с этих опытов будет начинать). Что такое отдельные аминокислоты и нуклеотиды, путём встряхивания и перемешивания которых пытаются создать клетку, то есть путём случайных комбинаций. Каждая из таких молекул примерно то же самое, что отдельные буквы какого-то типографского шрифта. Живая клетка - примерно такой сложности, как большая Британская библиотека. Которая состоит из тысяч томов собраний сочинений (например, шекспира и других) и других изданий, напечатанных на бумаге. Берём товарный желехнодорожный состав, нагруженный полностью типографским шрифтом. Высыпаем в кучу этот шрифт и начинаем или встряхивать. или перемешивать. и ждём, что после очередной такой процедуры весь этот шрифт сложится чудесным образом в тексты книг, собранных в Большой Британской библиотеке. Есть вероятность этого, конечно, но она стремится к нулю. По законам математики и равна нулю. Эти учёные прекрасно отдают себе отчёт в этом. Зачем они этим занимаются? А потому, что кто-то выбил финанс ирование проекта “синтез живой клетки”. Дурацких мёртворожденных проектов в науке было много и сейчас есть. Значит, кому-то это надо - пускать деньги на ветер и уводить исследования в бесперспективное руслло.
19:22 17 Март 2014
Pivovan
Старожил
сообщений 7938
858
Может ли слепой случай создать столь сложную систему передачи информации?
“Ученые обнаружили в ДНК второй – неизвестный до сих пор – код. Использование информации, зашифрованной этим кодом, кардинально изменит представления ученых о здоровье, мутациях и болезнях и методах их диагностики и лечения.
Это революционное открытие сделано группой во главе с доктором Джоном Стаматойаннопулосом (John Stamatoyannopoulos), доцентом кафедр геномики и медицины Вашингтонского университета (University of Washington), и опубликовано в журнале Science. Работа является частью проекта Энциклопедия элементов ДНК (Encyclopedia of DNA Elements Project), известного также как ENCODE, цель которого – узнать, где и как в геноме человека хранятся инструкции по реализации биологических функций. Эта многолетняя работа, в которой принимают участие ученые многих стран, финансируется Национальным научно-исследовательским институтом генома человека (National Human Genome Research Institute).
Со времени расшифровки в 60-х годах прошлого столетия генетического кода считается, что он используется исключительно для записи информации о белках. Ученые из UW были ошеломлены, обнаружив, что этот генетический код используется для записей двух потоков информации. В одном потоке зашифровано, как строятся белки, в то время как второй обеспечивает клетку информацией о том, как держать под контролем свои гены. Одни инструкции записаны поверх других, и именно поэтому второй пласт информации так долго оставался незамеченным.
«Уже более 40 лет мы исходим из предположения, что влияющие на генетический код изменения ДНК оказывают воздействие исключительно на синтез белков», – комментирует свое открытие доктор Стаматойаннопулос. «Теперь мы знаем, что это фундаментальное исходное положение о чтении человеческого генома представляет нам лишь половину всей картины. Полученные нами новые данные ярко демонстрируют, что ДНК – невероятно мощный механизм хранения информации, который природа в полной мере использует самым неожиданным образом».
В генетическом коде используется алфавит из 64-х букв, называемых кодонами. Группа из UW установила, что некоторые кодоны, названные учеными дуонами (duons), могут иметь два значения, одно из которых связано с белковой последовательностью, а другое – с контролем над генами. По-видимому, эти два типа значений развивались в тесном взаимодействии друг с другом. Инструкции по контролю над генами, очевидно, помогают стабилизировать определенные полезные свойства белков и их синтез.
Открытие дуонов окажет огромное влияние на интерпретацию учеными и врачами генома пациента и откроет пути к кардинально новым методам диагностики и лечения заболеваний.
По мнению доктора Стаматойаннопулоса, «тот факт, что генетический код одновременно передает два вида инструкций, означает, что многие изменения ДНК, которые, по-видимому, модифицируют белковые последовательности, могут фактически вызывать заболевание, нарушая программы контроля над генами или даже оба механизма одновременно».”
Ученые обнаружили в ДНК второй – неизвестный до сих пор – код. Использование информации, зашифрованной этим кодом, кардинально изменит представления ученых о здоровье, мутациях и болезнях и методах их диагностики и лечения. Это революционное открытие сделано группой во главе с доктором Джоном Стаматойаннопулосом (John Stamatoyannopoulos), доцентом кафедр геномики и медицины Вашингтонского университета (University of Washington), и опубликовано в журнале Science. Работа является частью проекта Энциклопедия элементов ДНК (Encyclopedia of DNA Elements Project), известного также как ENCODE, цель которого – узнать, где и как в геноме человека хранятся инструкции по реализации биологических функций. Эта многолетняя работа, в которой принимают участие ученые многих стран, финансируется Национальным научно-исследовательским институтом генома человека (National Human Genome Research Institute). Со времени расшифровки в 60-х годах прошлого столетия генетического кода считается, что он используется исключительно для записи информации о белках. Ученые из UW были ошеломлены, обнаружив, что этот генетический код используется для записей двух потоков информации. В одном потоке зашифровано, как строятся белки, в то время как второй обеспечивает клетку информацией о том, как держать под контролем свои гены. Одни инструкции записаны поверх других, и именно поэтому второй пласт информации так долго оставался незамеченным. «Уже более 40 лет мы исходим из предположения, что влияющие на генетический код изменения ДНК оказывают воздействие исключительно на синтез белков», – комментирует свое открытие доктор Стаматойаннопулос. «Теперь мы знаем, что это фундаментальное исходное положение о чтении человеческого генома представляет нам лишь половину всей картины. Полученные нами новые данные ярко демонстрируют, что ДНК – невероятно мощный механизм хранения информации, который природа в полной мере использует самым неожиданным образом». В генетическом коде используется алфавит из 64-х букв, называемых кодонами. Группа из UW установила, что некоторые кодоны, названные учеными дуонами (duons), могут иметь два значения, одно из которых связано с белковой последовательностью, а другое – с контролем над генами. По-видимому, эти два типа значений развивались в тесном взаимодействии друг с другом. Инструкции по контролю над генами, очевидно, помогают стабилизировать определенные полезные свойства белков и их синтез. Открытие дуонов окажет огромное влияние на интерпретацию учеными и врачами генома пациента и откроет пути к кардинально новым методам диагностики и лечения заболеваний. По мнению доктора Стаматойаннопулоса, «тот факт, что генетический код одновременно передает два вида инструкций, означает, что многие изменения ДНК, которые, по-видимому, модифицируют белковые последовательности, могут фактически вызывать заболевание, нарушая программы контроля над генами или даже оба механизма одновременно». Подробнее:
1:20 3 Апрель 2014
speculum
Старожил
сообщений 3216
859
23:30 4 Апрель 2014
Pivovan
Старожил
сообщений 7938
860
14:02 6 Апрель 2014
Pivovan
Старожил
сообщений 7938
861
10:31 16 Май 2014
speculum
Старожил
сообщений 3216
862
Утро любителя псевдонауки
11:29 29 Май 2014
Pivovan
Старожил
сообщений 7938
863
Ученые обнаружили в ДНК второй – неизвестный до сих пор – код. Использование информации, зашифрованной этим кодом, кардинально изменит представления ученых о здоровье, мутациях и болезнях и методах их диагностики и лечения.
Это революционное открытие сделано группой во главе с доктором Джоном Стаматойаннопулосом (John Stamatoyannopoulos), доцентом кафедр геномики и медицины Вашингтонского университета (University of Washington), и опубликовано в журнале Science. Работа является частью проекта Энциклопедия элементов ДНК (Encyclopedia of DNA Elements Project), известного также как ENCODE, цель которого – узнать, где и как в геноме человека хранятся инструкции по реализации биологических функций. Эта многолетняя работа, в которой принимают участие ученые многих стран, финансируется Национальным научно-исследовательским институтом генома человека (National Human Genome Research Institute).
Со времени расшифровки в 60-х годах прошлого столетия генетического кода считается, что он используется исключительно для записи информации о белках. Ученые из UW были ошеломлены, обнаружив, что этот генетический код используется для записей двух потоков информации. В одном потоке зашифровано, как строятся белки, в то время как второй обеспечивает клетку информацией о том, как держать под контролем свои гены. Одни инструкции записаны поверх других, и именно поэтому второй пласт информации так долго оставался незамеченным.
«Уже более 40 лет мы исходим из предположения, что влияющие на генетический код изменения ДНК оказывают воздействие исключительно на синтез белков», – комментирует свое открытие доктор Стаматойаннопулос. «Теперь мы знаем, что это фундаментальное исходное положение о чтении человеческого генома представляет нам лишь половину всей картины. Полученные нами новые данные ярко демонстрируют, что ДНК – невероятно мощный механизм хранения информации, который природа в полной мере использует самым неожиданным образом».
В генетическом коде используется алфавит из 64-х букв, называемых кодонами. Группа из UW установила, что некоторые кодоны, названные учеными дуонами (duons), могут иметь два значения, одно из которых связано с белковой последовательностью, а другое – с контролем над генами. По-видимому, эти два типа значений развивались в тесном взаимодействии друг с другом. Инструкции по контролю над генами, очевидно, помогают стабилизировать определенные полезные свойства белков и их синтез.
Открытие дуонов окажет огромное влияние на интерпретацию учеными и врачами генома пациента и откроет пути к кардинально новым методам диагностики и лечения заболеваний.
По мнению доктора Стаматойаннопулоса, «тот факт, что генетический код одновременно передает два вида инструкций, означает, что многие изменения ДНК, которые, по-видимому, модифицируют белковые последовательности, могут фактически вызывать заболевание, нарушая программы контроля над генами или даже оба механизма одновременно».
20:13 31 Май 2014
speculum
Старожил
сообщений 3216
864
12:33 4 Июнь 2014
Pivovan
Старожил
сообщений 7938
865
Технологии нефилимов
23:53 9 Июнь 2014
Pivovan
Старожил
сообщений 7938
866
1:44 4 Июль 2014
speculum
Старожил
сообщений 3216
867
Генетическая адаптация к высокогорью у тибетцев – денисовское наследие?
Группа генетиков во главе с Расмусом Нильсеном (университет штата Калифорния) обнаружила, что вариант EPAS 1 – т.н. транскрипционный фактор, обеспечивающий защиту от гипоксии – имеет, возможно, чрезвычайно древнее происхождение (Huerta-Sánchez, 2014). Он был обнаружен почти у всех тибетцев (92 %), а также у двух из 40 обследованных китайцев. В прочих человеческих популяциях найти его пока не удалось.
Вариант EPAS 1 был обнаружен еще в2010 г. (Beall et al., 2010; Yi et al., 2010). Судя по необычайно высокой его частоте у тибетцев, противопоставляющей их всем прочим народам мира, он был подвержен исключительно сильному позитивному отбору. Очевидный селективный фактор – высокогорье. Действительно, данный ген кодирует транскрипционный фактор HIF2alpha, связанный с выработкой эритроцитов и контролирующий уровень гемоглобина в крови. У людей, гомозиготных по EPAS1, уровень гемоглобина, как ни удивительно, ниже, чем у гетерозигот.
Таким образом, адаптация к высокогорью у тибетцев происходила принципиально иначе, чем, например, у обитателей Анд, характеризующихся, наоборот, повышенным уровнем гемоглобина. Снижение данного показателя у тибетцев, возможно, препятствует тромбозу, тогда как кислород, по-видимому, используется более эффективно и экономно. Однако, это пока лишь догадка.
Неожиданно выяснилось, что вариант EPAS1 обнаружен и в геноме денисовцев, причем структура его практически полностью совпадает с тою, что отмечена у тибетцев. Именно от денисовцев или их потомков предки тибетцев и китайцев, тогда еще представлявшие собою единую группу, вероятно, и унаследовали данный генетический вариант, оказавшийся столь полезным при освоении высокогорных районов. Когда именно это произошло – совершенно неясно.
12:05 4 Июль 2014
Pivovan
Старожил
сообщений 7938
868
11:56 15 Июль 2014
speculum
Старожил
сообщений 3216
869
0:30 16 Июль 2014
speculum
Старожил
сообщений 3216
870
Становление Человека (2009) Жанр: документальный
Откуда мы пришли? Что делает нас человеком? Новаторское расследования NOVA исследует, как новые открытия трансформировали взгляды на наших ранних предков. Благодаря интервью с всемирно известными учеными, видео, снятого на раскопках окаменелостей, и компьютерной анимации, “Становление человека” рассматривает жизнь ранних гоминид, исследуя, как они жили и что послужило их перевоплощению в современных людей сегодня.
Поиск 
Форумы
