Tagad milzīgas naudas summas tiek ieguldītas CRISPR-Cas zinātniskajos pētījumos un orgānu audzēšanā no cilmes šūnām.
1. Secība
Kopš zinātnieki atklāja, ka DNS ir galvenais iedzimtās informācijas glabātājs, interesantākais un svarīgākais uzdevums ir bijis “nolasīt” tās vēstījumu.
Šo iespēju zinātniekiem sniedza izskatssekvencēšanas tehnoloģijas - DNS secības noteikšana. Kopš tās izveides 1970. gadu beigās zināšanas šajā jomā ir ievērojami attīstījušās. Šobrīd ir nākusi trešā paaudze sekvencēšanas metodēm un tehnoloģijām, taču visu šo metožu mērķis ir viens: “nolasīt” DNS ķēdi. Un, zinot DNS secību, jūs varat uzzināt visu par ķermeņa priekšrocībām un trūkumiem, tā spējām un potenciālu. Citiem vārdiem sakot, šodien ir iespējams noformēt pilnīgu ģenētisko pasi. Tomēr pēc DNS secības atšifrēšanas joprojām ir precīzi jāsaprot, kā izmaiņas tajā ietekmē proteīna formu / darbu / daudzumu un organisma īpašības. Tieši šī izpratne dos kvalitatīvu lēcienu ģenētiskajā izpētē.
2. Genoma rediģēšana: CRISPR-Cas
Vispār visa gēnu inženierija būtu vērtaklasificēts kā sasniegums biotehnoloģijā. Mūsdienās tā arsenālā ir vairākas metodes. Bet viens no tiem piesaista īpašu uzmanību. Kā izrādījās, baktērijām ir sava "imunitāte" pret vīrusiem (precīzāk, pret fāgiem - tā sauc baktēriju vīrusus). Īpaša sistēma, kas sastāv no kaspāzes proteīna (vai vairākiem proteīniem) un DNS sekvencēm (“kasetēm”) CRISPR cīnās pret iebrucējiem baktērijās. Šī sistēma diezgan precīzi atpazīst un "izgriež" vīrusu no baktērijas DNS. Īstas šķēres DNS. Jau mūsu laikos zinātnieki ir atraduši veidu, kā likt šai sistēmai darboties cilvēka labā. Piemēram, ar šī proteīna palīdzību ir iespējams mērķtiecīgi ar lielu precizitāti mainīt gēnus. Nākotnē tas varētu būt izrāviens ģenētiski noteiktu slimību un onkoloģijas ārstēšanā. Lai piešķirtu vēlamās īpašības un atbrīvotos no nevēlamajām lauksaimniecības augiem un dzīvniekiem - un šeit CRISPR-Cas atradīs pielietojumu.
3. Cilmes šūnas
Cilmes šūnas ir tās šūnas, kuras varradīt un attīstīties citos daudz specializētākajos šūnu veidos. Ķermeņa augšanas, attīstības un dzīves procesā šūnās notiek diferenciācijas process, tas ir, šaura specializācija pēc struktūras un funkcijas: eritrocīti (sarkanās asins šūnas, kas nes skābekli), neirons (nervu šūna, kas pārraida signālu smadzenes), aizkuņģa dziedzera beta šūnas (tā, kas ražo insulīnu) un citas. Tomēr cilmes šūnas ir īpašu šūnu cilmes šūnas. Ja jūs iemācīsities kontrolēt diferenciācijas procesu, jūs varat iegūt jebkura veida šūnas. Tas savukārt dos iespēju mēģenē izaudzēt orgānus (un pat veselus organismus) no vienas paša cilvēka paņemtas šūnas. Piemēram, orgānu transplantācijai var iegūt, izmantojot paša pacienta šūnas. Šādi orgāni būs, kā saka, "kā radinieki".
4. Bioniskās protēzes
Zvaigžņu kari, Fullmetal Alchemist un citicitas zinātniskās fantastikas filmas mums parāda protezēšanas brīnumus (kad mehāniska roka vai kāja veiksmīgi aizvieto pazaudētu). Daži no tiem ir diezgan reāli šeit un tagad. Mūsdienu bioniskās jeb bioelektriskās protēzes spēj nolasīt signālu no mūsu muskuļiem un nerviem, pārraidīt tos uz protēzes kustīgajām daļām un tādējādi likt tām kustēties tā, kā to īpašniekam nepieciešams. Tas ir, protēze tiek kontrolēta un kustas gandrīz tāpat kā parasta cilvēka roka, tā ir mobila un daudz ērtāka nekā parasti. Turklāt modernās protēzes var būt vai nu vienkāršas, ļaujot tikai saspiest un atvilkt visus pirkstus, piemēram, rokas, vai arī sarežģītākas, ļaujot veikt daudzveidīgākas pirkstu kustības atsevišķi. Ar šādu protēzi ir iespējama vispilnīgākā motora aktivitāte. Tāpēc tagad cilvēkiem, kuri negadījuma rezultātā zaudējuši roku vai kāju (vai daļu no tām), ir iespēja kompensēt zaudēto un, kā saka, atgriezties pie dienesta.
5. DNS dators
Faktiski, izmantojot DNS ķēdi, var arīatrisināt daudzas matemātikas problēmas. Atcerēsimies, ka DNS ir ļoti garas ķēdes molekula, kas sastāv tikai no četru veidu vienībām, kuras var nosacīti apzīmēt ar A, T, G un C (ar to nosaukuma pirmajiem burtiem). Šo “burtu” secība kodē informāciju par olbaltumvielām (un ne tikai) un līdz ar to visu cilvēka ķermeni, kas tiek lasīta un ieviesta tālāk. Un ar īpašu proteīnu palīdzību šo informāciju var arī mērķtiecīgi mainīt. Ko darīt, ja mēs šādi kodētu jebkuru citu informāciju? 2019. gadā tika izveidots pirmais DNS cietais disks. Tiek izstrādāti īpaši molekulārie algoritmi programmēšanai. Šāds DNS dators var uzglabāt milzīgu informācijas daudzumu un vienlaikus lielā ātrumā veikt ļoti lielu skaitu skaitļošanas operāciju.
Lasīt vairāk:
Vai zinātne eksistē ekstremālos apstākļos? Mēs atbildam skaitļos
Jeloustonas supervulkāns izrādījās daudzkārt bīstamāks, nekā zinātnieki domāja
Ola tika izmesta no kosmosa: paskatieties, kas ar to notika