คอมพิวเตอร์ดีเอ็นเอและอวัยวะเทียมไบโอนิค: ความสำเร็จหลักของเทคโนโลยีชีวภาพ การ์ด

ขณะนี้มีการใช้เงินจำนวนมหาศาลในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับ CRISPR-Cas และการเจริญเติบโตของอวัยวะจากสเต็มเซลล์

เซลล์ซึ่งไฮเทคได้เขียนถึงซ้ำแล้วซ้ำเล่าแต่นี่เป็นเพียงเศษเสี้ยวหนึ่งของเทคโนโลยีชีวภาพในปัจจุบัน ด้านล่างนี้คือความสำเร็จ 5 อันดับแรกของสาขาวิทยาศาสตร์นี้ (สปอยเลอร์ - นี่เป็นเพียงส่วนแรกของการคัดเลือกของเรา)

1. การจัดลำดับ

เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่า DNA เป็นผู้เก็บข้อมูลหลักทางพันธุกรรม งานที่น่าสนใจและสำคัญที่สุดคือการ "อ่าน" ข้อความของมัน

โอกาสนี้มอบให้กับนักวิทยาศาสตร์โดยการปรากฏตัวเทคโนโลยีการหาลำดับ - การกำหนดลำดับดีเอ็นเอ ตั้งแต่เริ่มก่อตั้งในช่วงปลายทศวรรษที่ 1970 ความรู้ในด้านนี้ได้ก้าวหน้าอย่างมาก ปัจจุบันวิธีการหาลำดับและเทคโนโลยีรุ่นที่สามมาถึงแล้ว แต่เป้าหมายของวิธีการทั้งหมดนี้เหมือนกัน: เพื่อ "อ่าน" ห่วงโซ่ดีเอ็นเอ และเมื่อรู้ลำดับดีเอ็นเอแล้ว คุณจะได้เรียนรู้ทุกอย่างเกี่ยวกับข้อดีและข้อเสียของร่างกาย ความสามารถและศักยภาพของร่างกาย กล่าวอีกนัยหนึ่งวันนี้เป็นไปได้ที่จะสร้างพาสปอร์ตทางพันธุกรรมที่สมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม หลังจากถอดรหัสลำดับ DNA แล้ว ก็ยังจำเป็นต้องเข้าใจว่าการเปลี่ยนแปลงนั้นส่งผลต่อรูปร่าง / การทำงาน / ปริมาณของโปรตีนและคุณสมบัติของสิ่งมีชีวิตอย่างไร ความเข้าใจนี้จะทำให้เกิดก้าวกระโดดเชิงคุณภาพในการวิจัยทางพันธุกรรม

2 การแก้ไขจีโนม: CRISPR-Cas

โดยทั่วไปแล้วพันธุวิศวกรรมทั้งหมดจะคุ้มค่าจัดเป็นความก้าวหน้าทางไบโอเทค วันนี้มีเทคนิคมากมายในคลังแสง แต่หนึ่งในนั้นดึงดูดความสนใจเป็นพิเศษ เมื่อปรากฎว่าแบคทีเรียมี "ภูมิคุ้มกัน" ต่อไวรัส (อย่างแม่นยำยิ่งขึ้นสำหรับ phages - นั่นคือสิ่งที่เรียกว่าไวรัสแบคทีเรีย) ระบบพิเศษที่ประกอบด้วยโปรตีนแคสเปส (หรือโปรตีนหลายชนิด) และลำดับดีเอ็นเอ ("คาสเซ็ตต์") CRISPR ต่อสู้กับผู้บุกรุกในแบคทีเรีย ระบบนี้จดจำและ "ตัด" ไวรัสออกจาก DNA ของแบคทีเรียได้ค่อนข้างแม่นยำ กรรไกรจริงสำหรับ DNA ในยุคของเรา นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบวิธีที่จะทำให้ระบบนี้ทำงานเพื่อประโยชน์ของมนุษย์ ตัวอย่างเช่น ด้วยความช่วยเหลือของโปรตีนนี้ จึงเป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนยีนอย่างมีจุดมุ่งหมายด้วยความแม่นยำอย่างมาก ในอนาคต นี่อาจเป็นความก้าวหน้าในการรักษาโรคและมะเร็งวิทยาที่ถูกกำหนดโดยพันธุกรรม เพื่อให้คุณสมบัติที่ต้องการและกำจัดสิ่งที่ไม่ต้องการในพืชและสัตว์เกษตร - และที่นี่ CRISPR-Cas จะพบการใช้งาน

3. สเต็มเซลล์

สเต็มเซลล์คือเซลล์ที่สามารถก่อให้เกิดและพัฒนาเป็นเซลล์ชนิดอื่นที่มีความเชี่ยวชาญสูง ในกระบวนการของการเจริญเติบโต การพัฒนา และชีวิตของร่างกาย เซลล์ผ่านกระบวนการสร้างความแตกต่าง กล่าวคือ มีโครงสร้างและหน้าที่เฉพาะทางที่แคบ: เม็ดเลือดแดง (เซลล์เม็ดเลือดแดงที่นำออกซิเจน) เซลล์ประสาท (เซลล์ประสาทที่ส่งสัญญาณใน สมอง) ตับอ่อนเบต้าเซลล์ (ตัวที่ผลิตอินซูลิน) และอื่นๆ อย่างไรก็ตาม สเต็มเซลล์เป็นต้นกำเนิดของเซลล์พิเศษ หากคุณเรียนรู้ที่จะควบคุมกระบวนการสร้างความแตกต่าง คุณจะได้เซลล์ประเภทใดก็ได้ ในทางกลับกันสิ่งนี้จะทำให้สามารถเติบโตอวัยวะ (และแม้แต่สิ่งมีชีวิตทั้งหมด) ในหลอดทดลองจากเซลล์เดียวที่นำมาจากตัวบุคคลเอง ตัวอย่างเช่น อวัยวะสำหรับการปลูกถ่ายสามารถทำได้โดยใช้เซลล์ของผู้ป่วยเอง อวัยวะดังกล่าวจะเป็นเหมือนญาติ

4. ขาเทียมไบโอนิค

Star Wars, นักเล่นแร่แปรธาตุ Fullmetal และอีกมากมายภาพยนตร์นิยายวิทยาศาสตร์เรื่องอื่นๆ แสดงให้เราเห็นถึงความมหัศจรรย์ของอวัยวะเทียม (เมื่อแขนกลหรือขาเทียมทดแทนส่วนที่หายไปได้สำเร็จ) บางส่วนของพวกเขาค่อนข้างจริงที่นี่และเดี๋ยวนี้ ขาเทียมไบโอนิคหรือไบโออิเล็กทริกสมัยใหม่สามารถอ่านสัญญาณจากกล้ามเนื้อและเส้นประสาทของเรา ส่งไปยังส่วนที่เคลื่อนไหวได้ของอวัยวะเทียม และทำให้เคลื่อนไหวได้ตามที่เจ้าของต้องการ นั่นคืออวัยวะเทียมนั้นถูกควบคุมและเคลื่อนไหวในลักษณะเดียวกับมือมนุษย์ทั่วไป มันเคลื่อนที่ได้และสะดวกสบายกว่าปกติมาก ยิ่งไปกว่านั้น ขาเทียมสมัยใหม่อาจมีทั้งแบบเรียบง่าย โดยสามารถบีบและคลายนิ้วทั้งหมดได้ในคราวเดียว เช่น มือ หรือซับซ้อนกว่านั้น ทำให้เคลื่อนไหวนิ้วได้หลากหลายมากขึ้นโดยแยกจากกัน ด้วยอวัยวะเทียมดังกล่าวทำให้กิจกรรมการเคลื่อนไหวสมบูรณ์ที่สุดเป็นไปได้ ดังนั้นตอนนี้ผู้ที่สูญเสียแขนหรือขา (หรือบางส่วน) อันเป็นผลมาจากอุบัติเหตุมีโอกาสที่จะชดเชยส่วนที่สูญเสียไป และอย่างที่บอกว่าได้กลับไปปฏิบัติหน้าที่

5. ดีเอ็นเอคอมพิวเตอร์

ในความเป็นจริงแล้ว การใช้วงจร DNA ก็สามารถทำได้เช่นกันแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์มากมาย ขอให้เราระลึกว่า DNA เป็นโมเลกุลสายโซ่ยาวมากซึ่งประกอบด้วยหน่วยเพียงสี่ประเภทเท่านั้น ซึ่งสามารถกำหนด A, T, G และ C ตามอัตภาพได้ (ด้วยตัวอักษรตัวแรกของชื่อ) ลำดับของ "ตัวอักษร" เหล่านี้จะเข้ารหัสข้อมูลเกี่ยวกับโปรตีน (และไม่เพียงเท่านั้น) และรวมถึงร่างกายมนุษย์ทั้งหมดด้วย ซึ่งจะถูกอ่านและนำไปปฏิบัติเพิ่มเติม และด้วยความช่วยเหลือของโปรตีนพิเศษ ข้อมูลนี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยตั้งใจ จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเราเข้ารหัสข้อมูลอื่นด้วยวิธีนี้? ในปี 2019 มีการสร้างฮาร์ดไดรฟ์ DNA ตัวแรก กำลังพัฒนาอัลกอริธึมระดับโมเลกุลพิเศษสำหรับการเขียนโปรแกรม คอมพิวเตอร์ DNA ดังกล่าวสามารถจัดเก็บข้อมูลจำนวนมหาศาลและดำเนินการคำนวณจำนวนมากพร้อมกันด้วยความเร็วสูงได้

อ่านเพิ่มเติม:

วิทยาศาสตร์มีอยู่ในสภาวะที่รุนแรงหรือไม่? เราตอบเป็นตัวเลข

ภูเขาไฟเยลโลว์สโตนกลายเป็นภูเขาไฟที่อันตรายกว่าที่นักวิทยาศาสตร์คิดไว้หลายเท่า

ไข่ตกจากอวกาศ ดูสิว่าเกิดอะไรขึ้นกับมัน