Delen:
10 ongelofelijke dingen die wetenschappers voor het eerst met DNA deden
De wereld van DNA is als het gat van het spreekwoordelijke konijn. Elke stap brengt wondrously nieuwe en zelfs enge ontdekkingen met zich mee. Hoe meer onderzoekers de moleculen van het leven verkennen en beheersen, hoe vreemder de wetenschappelijke prestaties worden.
Lijnen tussen biologie en technologie vervagen op manieren die nooit eerder zijn gedaan, soms ten kwade. Maar DNA brengt ook eenvoudige antwoorden op complexe ziekten, slaat het vreemde dossier op en kan zelfs het gezicht van een crimineel trekken.
10 levenscircuits
Toen wetenschappers droomden van een nieuwe manier om naar de moleculen en processen van cellen te kijken, stond één ding hen in de weg. Het idee was om een DNA-apparaat te bouwen dat fungeert als een circuit dat kan worden in- en uitgeschakeld. Het probleem was dat elektriciteit de schakelaar moest omdraaien.
Onderzoekers slopen eindelijk het probleem wanneer anthrachinonen in kleine stukjes DNA werden ingeklemd. Deze natuurlijke verbinding was blij om zich aan te passen aan de implantatie en droeg een speciale eigenschap. Het veroorzaakt een gebeurtenis die redoxreacties worden genoemd.
Tijdens redox laden elektronen bepaalde moleculen op terwijl ze anderen verlaten. Het resultaat is een elektrische impuls. Wanneer gestimuleerd met een elektrodepunt, deden anthrachinonen het werk perfect. Afhankelijk van het aantal elektronen dat werd gevangen, stopten of stopten de circuits een stroom.
De schakelaars, elk duizend keer dunner dan een enkele haar, maken de weg vrij voor microscopische moleculaire apparaten. Aanpassingen van deze gewijzigde genetische code zouden het mogelijk kunnen maken chemische reacties in cellen te bestuderen op een manier die nog nooit eerder is gedaan, met een speciale focus op die welke verband houden met ziekte.
9 De DNA-opname die kreupelheid geneest
Een lamme renpaard staat voor euthanasie, vaak met een groot financieel verlies voor de eigenaar. Dit komt heel vaak voor bij paarden die vallen of ouder worden, maar conventionele behandelingen zijn lang en garanderen geen levenskwaliteit daarna.
Onlangs werd dit gevreesde probleem met een eenvoudige spuit geslagen. Wetenschappers kozen twee genen en injecteerden ze in de benen van kreupele paarden. De resultaten waren overweldigend. Niet alleen genazen de blessures, maar na twee maanden waren de paarden weer op het circuit en racen ze competitief.
De revolutionaire genen VEGF164 en BMP2 werden rechtstreeks in de beschadigde ligamenten en pezen geïnjecteerd. Het DNA stimuleerde de ontwikkeling van nieuwe bloedvaten, botten en kraakbeen waardoor weefsels zo goed als nieuw werden.
De therapie is nog geen gangbare optie, maar belooft een game-wisselaar te worden, zowel in veterinaire kringen als voor mensen. De testpaarden bleven in een piekjaar een jaar na het ontvangen van de schoten, waardoor hoop werd gewekt dat dezelfde soort herstel op een dag mensen met pees, ligament en zelfs wervelletsel zou kunnen helpen.
8 Een haak die mensen vindt
De menselijke stamboom is nog steeds onvolledig ondanks tientallen jaren van onderzoek. Antropologen kunnen alleen bestuderen wat er beschikbaar is en vroege menselijke en andere mensachtige skeletten zijn er weinig. Echter, een nieuwe techniek kan nu oud DNA vinden zonder de lichamen.
Vuil werd verzameld uit België, Kroatië, Frankrijk, Rusland en Spanje en gefilterd voor menselijk DNA. Om de kansen te vergroten, waren alle 85 monsters afkomstig van archeologische vindplaatsen van 14.000 tot 550.000 jaar oud. De testen opende een sluisdeur van genen.
In een theelepel zand verschenen biljoenen DNA-snippers. Wollige neushoorns, mammoeten, grotberen en oude hyena's maakten het zoeken naar mensachtigen rommelig. Om dit genetische geluid te elimineren, gingen onderzoekers vissen. Ze creëerden een soort haakje van modern mitochondriaal DNA. Omdat het van een mens was, hief de haak alleen een vergelijkbaar DNA op uit de verwarde genen.
Opmerkelijk genoeg haperde het moleculaire hulpmiddel Neanderthal-strengen van locaties waar noch hun botten, noch gereedschappen ooit waren gevonden. Zelfs DNA van een uiterst zeldzame voorouder, de Denisovans, kwam opdagen. De haaktechniek kan lang bestaande vragen beantwoorden over welke sites en artefacten toebehoorden aan mensen of Neanderthalers en zelfs volledig onbekende hominiden kunnen vinden.
7 Paintbrush Genen
Toen wetenschappers op jacht namen naar het complexe DNA achter de ingewikkelde vleugels van vlinders, waren ze in voor een verrassing. In plaats van het verwachte netwerk van genen, vonden ze er maar twee. Met de naam WntA en optix gedroeg men zich als een krijt dat de contouren van een afbeelding tekende terwijl de andere het kleurde.
Eerdere studies vermoedden de artistieke betrokkenheid van het paar en dat optix was gekoppeld aan rood en oranje. Hun exclusieve invloed kwam echter pas aan het licht toen wetenschappers begonnen te spelen met deze zogenaamde "paintbrush-genen".
Toen WntA was uitgeschakeld, verdween de volgorde. Lijnen lichter worden, kleuren vloeien in elkaar over en ontwerpen verdwijnen. Optix uitschakelen was nog interessanter. Vlinders werden grijs of zwart, zelfs op andere lichaamsdelen dan de vleugels.
Een onverwachte wending vond plaats in het geval van de gemeenschappelijke buckeye vlinder. Vlekken met blauwe iriserende strepen stippelden de vleugels waar voorheen geen vleugels waren. Omdat irisatie een structurele verandering is in de vleugelschalen, toonde het dat optix ook op fysiek niveau de pigmentatie beïnvloedt.
Beide genen lijken ook belangrijke evolutionaire veranderingen en vermogens te hebben aangespoord, waaronder mimicry als een verdediging.
6 Chirurgie op embryo's
In een poging een gevaarlijke bloedziekte te genezen, hebben Chinese wetenschappers menselijke embryo's in het laboratorium gemaakt. In 2017 had het project betrekking op gekloonde embryo's en weefsels van een patiënt die aan beta-thalassemie leed.
Zoals vele genetische ziekten, wordt beta-thalassemie veroorzaakt door een glitch in de DNA-bases van een persoon. De genetische code van de mens bestaat uit vier basen - adenine, cytosine, guanine en thymine (A, C, G en T). Ze bevatten de hele handleiding voor het vormen van een mens en het besturen van het lichaam.
Een enkele abnormale base wordt een puntmutatie genoemd. Deze zijn in verband gebracht met tweederde van de genetische ziekten. Om de puntmutatie voor beta-thalassemie te vinden, hebben wetenschappers de drie miljard "letters" van de menselijke genetische code gescand om het probleem te vinden.
Het bleek een misplaatste G te zijn. Een techniek genaamd base editing verving hem door de juiste A en genas de eerste ziekte op DNA-niveau. In de toekomst kan het basiseditorsysteem mogelijk positieve resultaten opleveren met andere erfelijke ziektes.
5 Een opofferende huid
Zonnekloppers kunnen binnenkort bruin worden zonder zich zorgen te hoeven maken over huidbeschadiging. Ultraviolette (UV) stralen van de zon kunnen DNA vernietigen, en de kankerrisico's van zonnebaden zijn bekend.
In 2017 kwamen wetenschappers met een ingenieus idee. Een zonnescherm gemaakt van het DNA van zalmsperma absorbeert UV-schade bijna alsof het een tweede huid is. Hoe langer zonlicht erop valt, hoe beter het werkt. Degenen die uren willen roosteren, hoeven zich ook geen zorgen te maken over de vochtarme huid. De visfilm houdt het vocht binnen.
De toepassing, die water en ethanol omvat, kan een breder gebruik hebben dan alleen een zonnescherm. Het kleurloze materiaal kan worden gebruikt als nood- of ongedwongen wondverband. Zijn kristallijne aard zou artsen ook in staat stellen om genezing te volgen zonder de bedekking te hoeven verwijderen.
4 DNA kan muziek vasthouden
Om het probleem van de opslag van informatie over de wereld op te lossen, wendden wetenschappers zich tot het DNA. Ze wilden bewijzen dat geen ander medium zijn capaciteit of duurzaamheid kon evenaren.
Onlangs werden twee muzikale uitvoeringen - Deep Purple's 'Smoke on the Water' en Miles Davis's 'Tutu' - gekozen als DNA-bestanden. Hun binaire code, de digitale taal bestaande uit enen en nullen, werd omgezet in de genetische basissen (A, C, G en T).
Op hun beurt werden de bases synthetisch gemaakt en geordend om overeen te komen met de binaire reeksen van de muziek. De nummers besloegen 140 MB op een harde schijf. Maar na DNA te zijn geworden, hebben ze amper een stipje gemaakt. De bestanden zijn opgehaald door het proces om te keren en geen segment is beschadigd.
Het universele karakter van DNA betekent dat meer dan alleen muziek op deze manier kan worden opgeslagen. Andere informatie dat onderzoekers genetisch hadden veranderd, was onder meer een film, een computervirus en een volledig computerbesturingssysteem.
De dichtheid van het systeem zou op een dag alle gegevens van de aarde in één ruimte kunnen houden. Onder de juiste omstandigheden kunnen de genetische bestanden duizenden jaren meegaan.
3 De gezichten van daders tekenen
Criminelen met genetische informatie die is opgeslagen in databases, hebben reden om het DNA dat ze op misdaadscènes achterlaten, te verafschuwen. Een match kan ze snel veroordeeld krijgen. Een belangrijk probleem betreft overtreders zonder voorafgaande registratie. Als een plaats delict besprenkeld wordt met anonieme genen, lopen de gevallen het risico koud te worden.
In een baanbrekende beweging kan een nieuwe forensische techniek het gezicht van een dader compileren op basis van zijn of haar genetische resten. Genaamd DNA-fenotypering, het kan onderzoekers de echte haarkleur, ogen- en huidschildering, geografische afkomst en fijnere details zoals sproeten vertellen.
Er is alleen zo veel dat genen kunnen onthullen over iemands fysieke uiterlijk. Om de techniek te verfijnen en meer nauwkeurigheid te krijgen in zaken als gelaatstrekken, werden de gezichten en het DNA van vrijwilligers gescand. Software zocht vervolgens naar verbindingen tussen hun genetische punten en de vormen van kaken, wangen en neuzen.
De geïdentificeerde patronen maakten fenotypering in staat om voldoende informatie te verschaffen voor het compileren van digitale foto's met een mok. Aan de andere kant is het ook gebruikt om meer details toe te voegen aan de schedels van niet-geïdentificeerde slachtoffers.
2 Gene Diefstal
Een waterorganisme, genaamd de tardigrade, heeft onlangs genetische weirdness naar het volgende niveau gebracht. Het genoom van het schepsel werd gesequenced om meer te ontdekken over zijn superkrachten. Deze microscopisch kleine ongewervelden overleven de ruimte-, vries- en kookpunttemperaturen, ongelooflijke druk, straling en een decennium zonder voedsel en water.
De reden zou het vermogen van de tardigrade kunnen zijn om genen uit andere levensvormen te stelen. Dieren en mensen ondergaan dit proces, dat horizontale genoverdracht wordt genoemd, meestal door virussen. De meeste soorten hebben 1 procent vreemd DNA, terwijl de tardigrade de grootste lading ooit verzamelt - 17,5 procent.
De geschatte 6000 gepocheerde genen behoorden toe aan bacteriën, schimmels, planten en archaea. De tardigrades hebben een overlevingsmechanisme waar ze zichzelf uitdrogen. Dit breekt hun DNA. Tijdens rehydratie, herneemt het genoom de buitenaardse stukjes en absorbeert het op die manier.
Die doorgegeven aan de volgende generatie maken tardigrades moeilijker. In het bijzonder zijn bacteriële genen in extreme omstandigheden sterker dan dierlijke genen. Een andere studie vond slechts 500 gestolen genen, wat suggereert dat de overbelasting van 6000 een monsterverontreiniging zou kunnen zijn. Maar toch, de tardigrade verandert wat we weten over evolutie en genetische overerving.
1 DNA Can Hack Computers
Wat klinkt als een vergezochte filmverhaallijn is volbracht in het echte leven - wetenschappers hebben een computer gehackt met behulp van DNA. In 2017 nam de universiteit van Washington malware en codeerde deze in synthetische DNA-bases.
De sprong van biologisch naar digitaal gebeurde toen een computer de reeks sequenteerde. Toen de software de A-, C-, G- en T-combinaties weer in computercode veranderde, werd het virus vrijgegeven en kregen onderzoekers de volledige controle over de computer op afstand. Hoewel dit merk van hacking op dit moment niet wordt gebruikt, kan dit slechts een kwestie van tijd zijn.
Het doel van de bizarre infectie was om de aandacht te vestigen op de bezorgdheid dat apparatuur voor het bepalen van de volgorde, met name die welke open-source software gebruikt, kwetsbaar was voor dergelijke aanvallen.Aangezien DNA-sequencing en genetische databases zeer waardevol zijn voor veel wetenschappelijke gebieden, kan malware die op deze manier wordt afgeleverd, onnoemelijke schade veroorzaken.