Учёные из Национального университета Сингапура разработали новый способ хранения данных в ДНК. По сути, «биологическая камера» впечатывает изображения в ДНК живых клеток, помечая их штрихкодами для дальнейшего извлечения данных.

Такой метод хранения был выбран из-за невероятной плотности ДНК, которая хранит информацию намного эффективнее, чем любая существующая система. Этот биологический резервуар способен вместить до 215 миллионов гигабайт данных в одном грамме материала, а при правильных условиях он может существовать тысячелетия.

Поэтому неудивительно, что исследователи заинтересовались способом хранения данных в ДНК. Однако её сложно синтезировать искусственно, поэтому команда разработала биологическую версию цифровой камеры, которую назвала BacCam. Главный автор исследования поясняет, что ДНК внутри клетки можно представить как непроявленную фотоплёнку. Используя оптогенетику — метод, который контролирует активность клеток с помощью света, учёным удалось получить «изображения», запечатлевая световые сигналы на «плёнке» ДНК.

По сути, лазеры красного и синего света запускают экспрессию генов в специально сконструированных бактериях, которые кодируют данные в ДНК. Затем эти данные можно систематизировать и извлекать с помощью алгоритмов машинного обучения, а штрихкоды маркируют информацию при помощи уникальных меток.

Команда уже продемонстрировала свою технологию в ходе испытаний, показав, что систему BacCam можно использовать для захвата и хранения нескольких изображений одновременно. При этом закодированные живые бактерии получить намного проще и дешевле, чем синтезировать ДНК с нуля. Учёные надеются, что их прорыв заложит основу для дальнейших инноваций в области хранения информации.

• Телеграм
• Дзен
• Подписывайтесь на наши каналы и первыми узнавайте о главных новостях и важнейших событиях дня.

Нагойский университет (Япония) разработал новый метод, позволяющий выявлять рак мозга при помощи обыкновенного анализа мочи. Метод основан на работе молекулярной нанопроволоки, которая захватывает ДНК в моче и обнаруживает мутации, указывающие на наличие глиомы. Сейчас выявить эту смертельную болезнь можно лишь на поздних стадиях после травматичной операции на головном мозге.

Новая методика была названа «поймал — отпусти» и подразумевает «отлов» бесклеточной ДНК (вкДНК). Это фрагменты ДНК, которые высвобождаются в кровь, когда опухолевые клетки делятся и вызывают гибель здоровых клеток. Поскольку раковые клетки делятся намного быстрее здоровых, их избыток в итоге выводится из организма с мочой.

Проблема заключается в том, что отделяемая вкДНК может быть слишком короткой и фрагментированной, чтобы её использовали в исследованиях. Поэтому метод «поймал — отпусти» позволяет собрать материал даже в низких концентрациях благодаря тому, что нанопроволока оксида цинка захватывает вкДНК из образца мочи. Оксид цинка был выбран из-за его поверхности, которая удерживает молекулы воды, образующие водородные связи с вкДНК.

В фазе «выпуска» связанная вкДНК вымывается и анализируется на наличие мутации IDH1, которая обнаруживается в глиомах. Технология уже была испытана на 12 образцах мочи пациентов со злокачественными опухолями головного мозга, и в ходе испытаний было обнаружено, что даже небольшого количества мочи достаточно для обнаружения рака. Сейчас создатели методики оптимизируют свою технологию, чтобы пройти следующие стадии клинических испытаний.

• Телеграм
• Дзен
• Подписывайтесь на наши каналы и первыми узнавайте о главных новостях и важнейших событиях дня.

Уже давно известно, что жареная пища вреднее, чем варёная или тушёная, но учёные из Стэнфордского университета (США) открыли механизм того, почему так происходит. Оказалось, приготовление пищи на сильном огне повреждает её ДНК, что приводит уже к повреждению нашей собственной ДНК и повышает риск развития рака.

Большинство продуктов, включая мясо, фрукты и орехи, содержат ДНК, и нуклеотиды из других организмов легче включаются в наши собственные клетки именно во время пищеварения. Команда подтвердила это на выращенных в лаборатории клетках человека, а также на мышах, которым скормили свежую порцию мяса. Для этого исследователи приготовили говяжий фарш, свиной фарш и картофель двумя разными способами: варили при 100 °C в течение 15 минут или жарили при 220 °C в течение 20 минут.

После готовки учёные извлекли ДНК из продуктов и обнаружили, что более высокие температуры вызвали наибольшие повреждения в пище, при этом картофель получил меньше повреждений, чем мясо. Затем исследователи подвергли клетки мышей и человека воздействию повреждённой пищи и визуализировали повреждения ДНК при помощи флуоресцентного инструмента. И действительно, в выращенных человеческих клетках и тонком кишечнике мышей обнаружились значительные повреждения ДНК, которые могут привести к раку.

Хотя это исследование вызвало у авторов беспокойство, они признают, что их работа не завершена, поскольку окончательная связь между пищей и повреждением ДНК человека ещё не установлена. Теперь команда планирует исследовать более широкий спектр продуктов, чтобы понять, существует ли хронический риск для любителей жареных блюд.

• Телеграм
• Дзен
• Подписывайтесь на наши каналы и первыми узнавайте о главных новостях и важнейших событиях дня.

Биологи тратят много времени, собирая данные об изобилии животных вокруг, однако, как выяснилось, доказательства присутствия разных видов можно получить абсолютно случайно. Тысячи станций, которые мониторят качество воздуха, собрали твёрдые частицы ДНК по всему миру в ходе своей стандартной работы.

Так, исследование двух станций в Великобритании выявило более 180 видов животных, растений и грибов, присутствующих в данной местности. Среди образцов команда из Йоркского университета (Канада) обнаружила ДНК самых различных насекомых, млекопитающих, птиц, рыб и земноводных, включая гладких тритонов. И всё это благодаря одному пробоотборнику в пригороде Лондона.

Ещё важнее то, что команда определила виды, представляющие особый интерес для сохранения, в том числе ясень, липу, сосну, иву, пшеницу, сою и даже патогенные грибы. Техника, со слов учёных, может непреднамеренно собирать и хранить образцы, обнаруживать рост инвазивных видов и сокращение краснокнижных животных.

Более того, многие из этих станций хранят образцы десятилетиями, а это позволяет точно определить, как в историческом разрезе изменились популяции. Сейчас исследователи ищут архивы стандартных воздушных фильтров от государственных и частных учреждений по всему миру, чтобы создать глобальную базу данных о биоразнообразии.

• Телеграм
• Дзен
• Подписывайтесь на наши каналы и первыми узнавайте о главных новостях и важнейших событиях дня.

Учёные из Университета Северной Каролины (США) выяснили, что известный искусственный подсластитель сукралоза приводит к образованию химического вещества, повреждающего ДНК. Сукралоза обычно продаётся под торговой маркой Splenda и известна тем, что она в 600 раз слаще сахара, поэтому её легко найти в хлебобулочных изделиях, газированных напитках, десертах, леденцах и жевательной резинке.

Однако при расщеплении сукралозы в организме образуется жирорастворимое соединение сукралоза-6-ацетат. Чтобы понять, как это соединение влияет на человека, исследователи провели серию лабораторных экспериментов с клетками крови человека, подвергнув их воздействию сукралозы.

Выяснилось, что соединение сукралоза-6-ацетат очень токсично и быстро разрушает ДНК в клетках, которые подверглись воздействию этого подсластителя. Более того, данное химическое вещество оказалось кластогенным, то есть напрямую вызывает разрывы нитей ДНК, что потенциально приводит к образованию опухолей.

Помимо этого опасного свойства, сукралоза-6-ацетат также оказалась очень вредной для кишечника человека, который в присутствии этого вещества подвергается окислительному стрессу. В свою очередь, это также приводит к хроническому воспалению, нарушению микробиома кишечника и возникновению рака.

Невзирая на то, что сукралоза повсеместно одобрена, исследователи предупреждают, что на их работу стоит обратить внимание. Потенциальное воздействие сукралозы на организм очень опасно, поэтому команда считает, что пришла пора пересмотреть нормативный статус этого подсластителя, а людям советует избегать продуктов с его содержанием.

• Телеграм
• Дзен
• Подписывайтесь на наши каналы и первыми узнавайте о главных новостях и важнейших событиях дня.

Учёные из Университета Иллинойса (США) сконструировали наноруку при помощи ДНК-оригами — метода, при котором длинная одиночная цепь ДНК «сшивается» более короткими фрагментами из определённых последовательностей. Благодаря этой технологии можно создавать очень сложные формы, от географических карт до нанотурбин.

Команда сконструировала наноруку, у которой четыре пальца оказались соединены с «ладонью», образуя крестообразную форму. Рука получилась действительно микроскопической, поскольку каждый палец достигает в длину всего лишь 71 нанометра (миллиардной части метра), а соединяются пальцы при помощи крошечных суставов. Исследователи решили проверить, сможет ли их изобретение эффективно захватывать такие мелкие объекты, как наночастицы золота или вирусы.

Чтобы продемонстрировать хватательную способность, создатели роборуки добавили дополнительные фрагменты ДНК в пальцы, чтобы они могли связываться с шиповидным белком вируса SARS-CoV-2. После этого наноруку заставили «захватывать» вирусы. Итогом этой манипуляции стало то, что вирусы больше не смогли заражать клетки в чашке Петри. В последнем испытании нанорука также успешно схватила наночастицы золота и светилась при помощи флуоресценции, когда обнаруживала определённый вирус.

Одним из преимуществ таких нанорук является то, что обычная ДНК быстро расщепляется ферментами в крови, но структуры ДНК-оригами более стабильные. Кроме того, роборуки можно усовершенствовать, используя ультрафиолетовый свет для создания дополнительных связей. Это позволит обнаруживать вирусы в крови за счёт свечения устройства. Создатели уникального устройства надеются, что их изобретение поможет в будущем бороться с патогенами и вдохновит других учёных на разработку чего-то похожего.

• Телеграм
• Дзен
• Подписывайтесь на наши каналы и первыми узнавайте о главных новостях и важнейших событиях дня.

Когда биологам нужно узнать, какие животные обитают в том или ином месте, они собирают образцы ДНК в виде фекалий, отслоившейся кожи и других продуктов жизнедеятельности. Однако делать это нужно быстро, потому что спустя некоторое время генетический материал сдувает с веток и других поверхностей, — задача для людей слишком сложная, поскольку нужно забираться на деревья очень высоко.

Тут на помощь приходит особый дрон, который был разработан инженерами из высшей технической школы Цюриха (Швейцария). Квадрокоптер под названием eDrone способен подниматься к ветвям деревьев и собирать информацию при помощи камер и других датчиков, после чего он приземляется на ветку. А затем при помощи полосок клея на «брюхе» аппарата он собирает генетический материал.

Кроме того, датчики позволяют дрону совершать стабильную посадку, не вдавливаясь в ветви дерева слишком сильно. Как только процесс отбора образцов завершается, eDrone летит обратно на землю, где ученые собирают ДНК. Испытания уже были успешно проведены на семи типах деревьев, с которых квадрокоптер собрал генетический материал 21 группы различных организмов.

В настоящее время eDrone готовится к участию в международном соревновании, в котором у команд будет 24 часа, чтобы обнаружить как можно больше видов на 40 гектарах тропических лесов Сингапура. Если всё пройдёт успешно, мы сможем узнать больше не только о популяциях современных животных, но и о вымерших существах.

• Телеграм
• Дзен
• Подписывайтесь на наши каналы и первыми узнавайте о главных новостях и важнейших событиях дня.

Группа учёных из Университета штата Аризона (США) разработала интересную программу с открытым исходным кодом, которая может преобразовывать рисунки или цифровые модели в наноразмерные скульптуры из ДНК. В тестах система отлично справилась с округлыми предметами, смоделировав вазы и миски.

Эта технология стала возможной благодаря тому, что ДНК — невероятно универсальная молекула, которая не только может кодировать данные, чтобы создать чертёж живого существа, но и умеет складываться, чтобы поместиться в клетки. Подобная гибкость позволяет сделать ДНК полезным наноразмерным строительным материалом, из которого можно сделать всё, от ловушек для вирусов до крошечной копии Ван Гога.

Новое программное обеспечение DNAxiS позволяет создавать более сложные объекты из ДНК на основе длинных нитей, которые можно скручивать в круги, и коротких последовательностей, обеспечивающих стабильность фигуре за счёт сшивания более длинных участков. Пользователи могут вводить рисунки или 3D-модель в DNAxiS, и программное обеспечение запустит специально разработанные алгоритмы для определения наилучшего способа моделирования.

Таким образом можно синтезировать, смешивать, нагревать и охлаждать определенные нити ДНК, которые самостоятельно собираются в желаемую форму всего за 12 часов. Создатели программы продемонстрировали эти возможности, создав вазы, горшки, конусы и даже листья клевера при помощи своей технологии. А в долгосрочной перспективе учёные стремятся к тому, чтобы их программа изготавливала наноразмерные сосуды для доставки лекарств или наночастиц определенной формы в организм пациента. 

• Телеграм
• Дзен
• Подписывайтесь на наши каналы и первыми узнавайте о главных новостях и важнейших событиях дня.

В Гренландии была извлечена ДНК возрастом два миллиона лет, которая оказалась старейшим сохранившимся генетическим материалом на сегодняшний день. Возраст этого образца примерно в два раза больше установленного рекордсмена, и эта ДНК происходит от множества различных организмов, которые обитали в Гренландии, когда климат был теплее.

Два миллиона лет назад арктическая пустыня была лесом, в котором обитали зайцы, олени и другие млекопитающие, частицы которых остались в слое песка и грязи, откуда был извлечен материал. Найденная ДНК произошла от целого ряда организмов, обитающих в этом районе, и отлично сохранилась в слоях минеральных отложений. 

Как выяснили учёные после анализа этого генетического материала, раньше в Гренландии росли ели, боярышник и даже цветы. Это был целый лес, населенный многими видами грызунов, оленей и гусей. Кроме того, были даже обнаружены следы вымершего родственника слона, которого команда идентифицировала как мастодонта.

Не исключено, что в итоге исследователи найдут ещё более древний генетический материал, поскольку найденная ДНК относится к началу эпохи плейстоцена, которая началась 2,58 миллиона лет назад и закончилась 11 700 лет назад. Это было время, когда вечный лёд покрыл северный полюс и Гренландия постепенно превратилась в полярную пустыню.

• Телеграм
• Дзен
• Подписывайтесь на наши каналы и первыми узнавайте о главных новостях и важнейших событиях дня.