Какое значение в жизни имеет свойство самокопирования днк
МОСКВА, 10 окт – РИА Новости. Жизнь могла зародиться в «супе» первичного океана Земли благодаря наличию в его водах своеобразного «загустителя», который позволял первым молекулам ДНК вступать в реакции самокопирования, которые ранее считались невозможными, говориться в статье, опубликованной в журнале Nature Chemistry.
«Заплыв в таком «первичном супе» можно сравнить с тем, что чувствует человек, плавающий в чане с медом. Подобный густой раствор дает коротким цепочкам нуклеотидов и единичным «буквам» ДНК, которые движутся быстро, достаточно времени для того, чтобы «запрыгнуть» на более длинные цепочки ДНК, соединиться друг с другом и образовать их копии», — объясняет Кристина Хе (Christine He) из Технологического института Джорджии в Атланте (США).
Жизнь в луже
По общепринятой на сегодня теории «РНК-мира», роль белков и ДНК в первых живых организмах на земле играли молекулы РНК. В последствие клеточными процессами стали управлять белки, а роль хранилища генетической информации заняла ДНК. Сегодня ученые экспериментируют с короткими молекулами РНК, пытаясь воспроизвести процесс зарождения жизни в лаборатории.
Одним из главных препятствий в повторении этого процесса является то, что в «нормальном» растворе молекулы ДНК не способны вступать в реакции самокопирования без наличия тех ферментов, которые мешают половинкам двойных цепочек ДНК «сворачиваться» обратно в спираль. Так как сложные белки вряд ли могли возникнуть сами по себе без участия ДНК, это заставляет многих ученых предполагать, что РНК и ДНК возникли одновременно, минуя фазу «РНК-мира».
Хе и ее коллеги по университету нашли потенциальное решение этой проблеме в простой вещи – обычном загустителе, который можно купить в любом магазине. Как предположили ученые и как считают многие другие биохимики, жизнь на Земле могла зародиться не в мировом океане, а в пересыхающих лужах у жерл вулканов или у берегов морей, чьи воды действительно больше напоминали густой «суп», чем рассол или раствор чего-либо.
Экспериментируя с различными наборами коротких молекул ДНК, американские биологи проверили, что произойдет, если в смесь, содержащую одиночные нуклеотиды и небольшие двойные спирали ДНК, добавить загуститель.
Этот простой шаг привел к необычным последствиям – двойные цепочки ДНК действительно перестали быстро пересоединяться друг с другом, однако «половинки» этих спиралей плавали внутри первичного «мёда» не в виде одиночных нитей, а сворачиваясь в своеобразные петли, которые биологи называют «шпильками».
Шпильки в колеса
Эти шпильки, как объясняют ученые, препятствовали воссоединению нитей и позволяли плавающим в растворе нуклеотидам присоединяться к «половинкам» ДНК и формировать вторую нить, представлявшую собой их копии.
Эту идею ученые проверили на фрагменте одного из реально существующих генов длиной в 540 генетических «букв», который им удалось заставить скопировать себя как в относительно «чистом» растворе, содержащем только нуклеотиды, так и при попадании в своеобразные аналоги «первичного супа».
Если нечто подобное происходило и в «супе» первичных океанов (или луж) Земли, то тогда процесс формирования «шпилек» мог решать сразу две задачи. Во-первых, он позволял молекулам ДНК и РНК копировать себя.
Во-вторых, он также приводил к формированию петель и особых зон внутри нитей РНК, превращая их в ферменты-рибозимы – самокопирующиеся молекулы, способные осуществлять разные реакции. Рибозимы сегодня считаются одним из ключевых шагов в процессе зарождения жизни.
Относительно «легкий» механизм их образования в присутствии «загустителя», как считают авторы статьи, не только объясняет то, как ДНК и РНК могли эволюционировать на Земле, говорит о достаточно высоких шансах на зарождение жизни за пределами Солнечной системы.
Характеристика ДНК, геном, наследственность… Эти слова сегодня уже не звучат как научные термины. Они знакомы всем и крепко вошли в повседневный обиход любого человека. Это произошло за счет бурного развития современных технологий, благодаря которым ученые смогли расшифровать генетические последовательности различных организмов, определить их особенности, что и способствовало такому глубокому проникновению науки о ДНК в нашу жизнь.
Природа и ДНК
Прежде всего, обратимся к природе. Значение ДНК трудно переоценить в живом мире. Ученые уже давно доказали, что существование всего живого на планете происходит благодаря наличию ДНК, в которой содержится полная генетическая информация об организме. Способность ее молекулы к самоудвоению означает, что все живые организмы могут размножаться и сохранять свои свойства. Уникальность же ее в том, что каждое существо имеет свои индивидуальные качества, которые оно получает путем комбинации наследственных признаков родителей. Так, на примере человека видно, что у всех людей свои внешние данные, различаются и характер поведения, иммунитет, а значит и здоровье.
Создание генетически-модифицированных организмов
В процессе эволюции природа создала уникальные живые существа, которые имеют приспособления к жизни в определенных условиях – бактерии, способные выживать в арктических льдах, вирусы, паразитирующие внутри клеток человека или животного, растений, способные жить на бедных почвах, животных, способных выживать в экстремальных условиях пустыни.
Сегодня ученые, благодаря знаниям о геноме, смогли создать еще более удивительные формулы живых существ.
• Бактерии, которые способны синтезировать витамины, гормоны, необходимые человеку.
• Растения, которые не способны поражать ни вредные грибки, ни паразиты и даже насекомые, что существенно увеличивает собранный урожай.
• Животных со сверх-продуктивностью и даже способных синтезировать лекарства. Так, к примеру, аргентинскими учеными были создана порода коров, в молоке которых вырабатывается человеческий инсулин, который на 30% дешевле существующих аналогов.
И даже несмотря на то, что все чаще поднимается вопрос об этической точке зрения данного вопроса, большинство ученых и обычных людей согласны, что такие организмы необходимы в нашей жизни. Ведь их использование существенно упрощает нашу жизнь. Зачем нужно сложными химическими методами получать микродозы экстракта лекарственного компонента из растений, когда бактерия за 1-2 суток способна произвести в 1000 раз большее количество? А ведь население планеты не маленькое и лекарства нужны многим. Да что спорить? Ведь многие из полезных, необходимых пациентам с различными заболеваниями были получены именно с помощью генетически модифицированных организмов.
Здоровье человека
Следующий важный вопрос, который решается сегодня при помощи знаний о генах – это здоровье человека. Ведь знание генетических основ позволило ученым определить причины, способы диагностирования и лечения различных заболеваний.
Одним из наиболее значимых результатов является определение формулы, а вместе с ней и причин возникновения онкологических проблем. Как оказалось в результате исследований, дело в нарушении генов, которые могут быть спровоцированы при помощи различных факторов (например, курение или работа на вредном производстве, облучение радиацией) или даже физическим старением. Гены, отвечающие за управлением процессами размножения клеток, накапливают данные дефекты, поэтому в организме начинают производиться «мутантные» клетки, которые в дальнейшем становятся основой злокачественных опухолей.
Остро также стоит вопрос борьбы с данными заболеваниями на основе воздействия на формулу генов. К сожалению, лечить онкозаболевания генной терапией врачи пока еще не могут, но с некоторыми нарушениями справиться уже можно.
Генная диагностика
Данный вид диагностики в наши дни — наиболее точный и информативный метод в медицинском обследовании. Она помогает определить целый ряд генетических заболеваний как у взрослых людей, так еще и до момента рождения человека.
Генетические методы диагностирования используются для:
• анализа склонности к определенному заболеванию;
• скрининга наличия определенных патологических мутаций.
Сегодня с помощью данных методов можно определить следующие виды наследственных заболеваний:
• нарушение жирового обмена в организме;
• наличие мышечных нарушений;
• тромбозы;
• заболевания, характерные для раннего возраста;
• генетически обусловленные виды рака;
• женское или мужское бесплодие;
• нарушение метаболизма.
Помимо наследственных заболеваний, методами генной диагностики сегодня проводят анализы на наличие различных возбудителей инфекционных процессов в организме человека и животных.
Поэтому именно благодаря данным методам диагностики, способным на ранней стадии оценить риск возникновения заболевания, возможно осуществление соответствующего лечения или профилактических мер.
Старение человека
Одним из последних достижений ученых стали данные исследований о том, что старение является заболеванием, связанным с изменениями в формуле ДНК человека, происходящими с возрастом. По мере старения, формула клеток человека претерпевает все большее количество химических модификаций. Данные модификации не способны изменить последовательность молекул ДНК, но способны оказывать действие на многие биологические процессы и влиять на работу определенных генов. Исследователи университета Эдинбурга говорят о том, что полученные результаты помогают расширить представления о долголетии человека и помогут прогнозировать продолжительность жизни человека.
Мировой проект «генома человека»
Но наиболее невероятным кажется создание генетического паспорта человека. Уже в наши дни стоимость проведения генного анализа и получение такого паспорта составляет 1000 долларов. Исследователями планируется, что в ближайшие 5 лет каждый сможет стать обладателем полной информации о себе, включая предрасположенность к заболеваниям, что в наибольшей степени интересует учёных и медиков и даже пристрастия и вредные привычки!
Все вышеприведенные данные означают, что знание генов и роли ДНК привело сегодня человечество на новый рубеж, когда становятся известными причины болезней, принципы старения, возможности получения новых питательных веществ и лекарств, методов лечения.
Zefirka > Наука и технологии > Интересные факты о молекуле ДНК и её значении в жизни человека
25 апреля в 1953 году британские молекулярные биологи Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик открыли химическую структуру молекулы ДНК, которую мы сегодня знаем как двойную спираль. Всемирный день ДНК отмечается 25 апреля в ознаменование достижений двух британских ученых.
ДНК, сокращение от дезоксирибонуклеиновая кислота, содержит генетические инструкции для развития и функционирования живого существа – и вот несколько вещей, которые вы, возможно, захотите узнать об этом ключевом компоненте жизни в вашем теле.
1.
Эксперименты по трансформации бактерий доказали: ДНК – носитель информации
ДНК как носитель генетической информации стала известна к концу 1940-х годов (Weaver, 2002). Однако ее структура никогда не была понята. Именно тогда, когда Розалинда Франклин сделала рентгеновский анализ (1952) кристаллизованного раствора ДНК, началось предположение о структуре ДНК.
ДНК представляет собой структурную последовательность нуклеиновой кислоты, в которой информация кодируется в единицу, называемую генами. Информация, передаваемая потомству, не может быть получена только с помощью ДНК. Этот процесс сопровождается различными РНК.
Информация, содержащаяся в четырех базовых языках ДНК – A, G, U & T, копируется в четыре базовых языка РНК, то есть A, G, C & U, через процесс, называемый Транскрипцией.
2.
У всех людей есть частичка ДНК неандертальцев, кроме африканцев
Когда наши предки впервые переселились из Африки около 70 000 лет назад, они были не одни. В то время по меньшей мере два других вида двоюродных братьев-гоминидов шли по евразийскому континенту – неандертальцы и денисовцы.
Когда наши современные человеческие предки мигрировали через Евразию, они столкнулись с неандертальцами и скрещивались. Из-за этого небольшое количество ДНК неандертальца было введено в современный человеческий генофонд.
Каждый человек, живущий за пределами Африки, сегодня имеет в себе небольшое количество неандертальцев, которые являются живым пережитком этих древних столкновений.
Команда ученых, сравнивая полные геномы двух видов, пришла к выводу, что большинство европейцев и азиатов имеют примерно 2% ДНК неандертальцев. Коренные африканцы к югу от Сахары не имеют или имеют очень мало ДНК неандертальцев, потому что их предки не мигрировали через Евразию.
3.
ДНК всех людей на 99,9% одинаковы
Наши тела имеют 3 миллиарда генетических строительных блоков или базовых пар, которые делают нас теми, кто мы есть. И из этих 3 миллиардов пар оснований только небольшое количество уникально для нас, что делает нас примерно на 99,9% генетически похожими на любого другого человека.
Недавнее выступление физика и предпринимателя Риккардо Сабатини на TED показало, что печатная версия всего вашего генетического кода займет около 262 000 страниц или 175 больших книг. Из этих страниц только около 500 были бы уникальными для нас.
4.
Около 2 гр ДНК могут вместить всю мировую информацию в цифровом виде
Как все лучшие идеи, этот вопрос родился в пабе. Ник Голдман и Юэн Бирни из Европейского института биоинформатики (EBI) под Кембриджем размышляли о том, что они могут сделать с потоком геномных данных, которые генерирует их исследовательская группа, и все они должны быть заархивированы.
Объем данных растет быстрее, чем емкость жестких дисков, используемых для его хранения. «Это означает, что стоимость хранилища растет, а наши бюджеты – нет», – говорит доктор Голдман.
За несколькими сортами пива пара задумалась, может ли искусственно сконструированная ДНК быть одним из способов хранения потока данных, сгенерированного природным материалом.
Мало того, что 1 грамм ДНК может содержать 455 эксабайт данных (этого достаточно для хранения всего, от Google, Facebook и любой другой крупной технологической компании вместе взятых), она также очень долговечна.
5.
Период распада ДНК 521 год
В 2013 следователи по делу об убийствах в Бостоне-Стренглере, которые произошли в 1960-х годах, заявили, что ДНК, взятая с одеяла на одном из мест преступления, очень близко совпадает с ДНК члена семьи Альберта ДеСальво, подозреваемого в убийстве.
Таким образом, полученные данные связывают ДеСальво с местом преступления. Официальные лица теперь имеют разрешение эксгумировать останки ДеСальво, который умер в 1973 году, чтобы проверить ДНК его тела и подтвердить совпадение, сообщает New York Times.
В 2012 году исследователи подсчитали, что период полураспада ДНК – точка, в которой половина связей в основной цепи молекулы ДНК будет разорвана, – 521 год. Это означает, что в идеальных условиях ДНК прослужит около 6,8 миллионов лет, после чего все связи будут разорваны.
6.
На МКС хранится жесткий диск с человеческими ДНК
«Диск бессмертия» – это большое устройство памяти, которое было доставлено на Международную космическую станцию на космическом корабле «Союз» 12 октября 2008 года.
«Диск бессмертия» содержит полностью оцифрованные последовательности ДНК избранной группы людей, таких как физик Стивен Хокинг, комик и ведущий шоу Стивен Колберт, модель Playboy Джо Гарсия, гейм-дизайнер Ричард Гэрриот, авторы фэнтези Трейси Хикман и Лора Хикман, профессиональный рестлер Мэтт Морган и спортсмен Лэнс Армстронг.
Микрочип также содержит копию «Секретного ключа Джорджа ко Вселенной», детскую книгу, написанную Стивеном Хокингом и его дочерью Люси.
Цель «Бессмертного влечения» – сохранить ДНК человека в капсуле времени на случай, если на Земле произойдет глобальный катаклизм.
7.
Тесты ДНК показывают, что все гепарды почти полностью идентичны
Генетическая изменчивость является ключевым компонентом эволюции. Популяция с низкой генетической изменчивостью является чем-то вроде сидячей утки, уязвимой для всех видов изменений окружающей среды, вопреки которым может сохраняться более изменчивая популяция.
И, к сожалению, именно с такими обстоятельствами сегодня сталкиваются гепарды. Как вид, гепарды имеют низкий уровень генетической изменчивости. Это, вероятно, можно объяснить небольшим местом населения, в котором они обитали около 10 000 лет назад, едва избежав вымирания в конце последнего ледникового периода.
Однако в наше время ситуация ухудшилась. Посягательство на среду обитания и браконьерство еще больше снижают численность гепардов, в результате чего уничтожаются еще больше генетических вариаций, а гепарды становятся еще более уязвимыми к исчезновению.
8.
ДНК близнецов похожи только в момент зачатия
Это основной принцип человеческой биологии, который преподают в начальных школах повсюду: идентичные близнецы происходят из одного оплодотворенного яйца и, таким образом, имеют идентичные генетические характеристики.
Но давно стало известно, что у идентичных близнецов развиваются различия, возникающие в результате воздействия окружающей среды. И в последние годы также было показано, что некоторые из их различий могут быть вызваны уникальными изменениями в так называемых эпигенетических факторах, химических маркерах, которые прикрепляются к генам и влияют на то, как они экспрессируются – в некоторых случаях путем замедления или остановки гены выключены, а в других путем увеличения их производства.
9.
ДНК всех клеток тела можно растянуть на 16 млрд км
Если бы ДНК во всех клетках человеческого тела не была свернута, она растянулась бы на 16 миллиардов километров. Для сравнения: зависимости от местоположения на их орбитах, расстояние от Земли до Плутона варьируется от 4 до 7,5 миллиардов километров.
10.
ДНК может определять риски заболеваний
Тестирование ДНК для прогнозирования риска заболевания может предотвратить заболевание и спасти жизни. ДНК-скрининг будет включать в себя большое количество здоровых людей, проходящих тестирование ДНК путем предоставления простого образца крови или слюны для выявления риска определенных состояний. Тестирование включает типы рака или болезни сердца, которые происходят в семьях – и могут быть предотвращены.
Источник: https://top10a.ru/interesnye-fakty-o-dnk.html
Наука и технологии
15 января, 2020
458 просмотров
ДНК, или дезоксирибонуклеиновая кислота, — это то, что объединяет нас с животным и растительным миром всей планеты. Общеизвестно, например, что ДНК человека и банана сходна на 50 % (что, конечно, не делает нас наполовину бананом), а геном каждого из людей отличается от генома любого другого человека всего на 0,1 %, который и делает нас уникальными. А знаете ли вы, что на планете существуют животные, способные «похищать» ДНК не только у других животных, но и растений? А почему нельзя клонировать динозавров?
AdMe.ru собрал 7 разных фактов о ДНК, которые помогут вам прокачать знания о мире. А в конце вас ждет детективная история длиной более чем 25 лет, в которой тоже была «замешана» дезоксирибонуклеиновая кислота.
Почему нельзя клонировать динозавров?
Группа ученых провела исследование ДНК вымершей птицы моа, используя для этого найденные кости возрастом от 600 до 8 000 лет, и выяснила, что через 521 год связи в ДНК распадаются настолько, что генетический код прочитать уже довольно сложно.
Примерно через 1,5 млн лет обрывки этих связей станут настолько короткими, что их невозможно будет прочитать, а полный распад ДНК займет около 6,8 млн лет, то есть надежды клонировать динозавров, вымерших около 65 млн лет назад, практически не остается.
Ученые не исключают, что период полураспада ДНК в останках, хранящихся в условиях вечной мерзлоты, может быть больше, но вряд ли этого достаточно, чтобы на Земле появился настоящий «парк юрского периода». А вот надежда на клонирование мамонтов, останки которых и находят там, где всегда зима, еще не совсем потеряна: например, на острове Врангеля эти гигантские животные жили еще «каких-то» 4 000 лет назад.
Существуют растения с более внушительной ДНК, чем у человека
Растение вороний глаз, родиной которого является Япония, имеет в 50 раз больше пар нуклеотидов («букв», которыми «написана» ДНК), чем человек: 150 млрд против 3,2 млрд. Если бы все молекулы ДНК, содержащиеся в одной клетке растения, выстроились в высоту, получилась бы башня размером с Биг-Бен.
Однако ученые считают, что ДНК амеб может быть еще более массивной, так что ее сложность никак не соотносится со сложностью самого организма «хозяина».
Кроме того, ученым до сих пор не известно, почему в природе существует подобная разница в генетическом коде. Кстати, подобная особенность не дает растению каких-либо преимуществ. Наоборот, вороньему глазу требуется гораздо больше времени на рост, поскольку репликация ДНК (или, проще говоря, процесс копирования самой себя) длится дольше, чем у сородичей.
ДНК человека больше Солнечной системы
Каждая клетка человеческого организма содержит 46 молекул ДНК (за исключением яйцеклеток и сперматозоидов, где их по 23), а если выстроить их все в один ряд, то получится цепочка длиной 2 метра. Всего в человеческом организме примерно 37,2 трлн клеток, таким образом, если собрать цепочку из всех молекул ДНК в нашем теле, ее длина достигнет примерно 74 трлн метров, или 74 млрд км.
Много ли это? Расстояние от Солнца до Плутона в среднем составляет 5,7 млрд км, соответственно, путь туда и обратно — около 11,4 млрд км. Таким образом, ДНК всего лишь одного взрослого человека можно «обмотать» нашу звезду и бывшую 9-ю планету более 6 раз. А вот от нас до Солнца и обратно можно слетать аж 70 раз.
Похитители ДНК
Коловратки, входящие в подкласс Bdelloidea, — создания необычные, ведь все особи у них бывают исключительно женского пола. Однако за 40 млн лет своего существования коловратки разделились на 360 видов, что нехарактерно для созданий, размножающихся бесполым способом.
Дело в том, что эти микроскопические создания научились встраивать в свой геном ДНК различных растений, грибов и бактерий. По мнению ученых, это возможно благодаря их способности переносить засуху: коловратки могут «засыхать», практически прекращая свою жизнедеятельность, и проводить в таком состоянии годы, а при появлении воды снова возрождаться.
Во время «сухого» периода коловратки и «вбирают» в себя постороннюю ДНК, а после возрождения восстанавливают свою вместе с «ворованной». И так как чужой геном впитывают именно половые клетки, новорожденная коловратка будет генетически отличаться от «матери».
ДНК помогла ученым доказать, что викинги первыми открыли Новый Свет
Лейф Эрикссон, достигший берегов Америки примерно в 1000 году.
Благодаря исследованию ДНК жителей Исландии ученым удалось установить, что первым человеком, прибывшим в Старый Свет из Нового, была женщина. Случилось это за несколько столетий до открытия Колумба, а, как известно, первым европейцем, достигшим берегов Северной Америки, был скандинавский мореплаватель Лейф Эрикссон, живший на рубеже X–XI веков. Возможно, это именно он привез гостью из далеких земель в Европу.
В ходе исследования ученые выяснили, что у 11 представителей 4 исландских семей, живших на острове как минимум с 1710 года, обнаружилась разновидность митохондриальной ДНК, ближайшая «родственница» которой встречается только у коренного населения Северной Америки. А так как митохондриальная ДНК наследуется исключительно от матери, можно смело предположить, что первой на землю Старого Света шагнула именно женщина, и было это примерно в 1000 году.
Бонус: детективная история
Мемориальная доска, установленная на месте одного из преступлений «Фантома из Хайльбронна».
В 1993–2009 годах во Франции, Австрии и Германии произошло в общей сложности 40 преступлений, включая и особо тяжкие. Между ними не было никакой связи, кроме того, что на местах находили следы одной и той же ДНК, принадлежащей женщине. Все это было настолько загадочно и необычно, что предполагаемой преступнице даже дали прозвище Фантом из Хайльбронна — по названию города, где было совершено убийство девушки-полицейского в 2007 году.
Единственное, что полиция смогла установить, — это то, что Фантом родом из Восточной Европы, других данных получить не удалось. Дело имело такой резонанс, что за поимку неуловимой преступницы в начале 2009 года была назначена награда в € 300 тыс. В марте 2009 года были взяты пробы с обгоревшего тела мужчины, и оказалось, что его ДНК была не только женской, но и той же самой, что находили следователи ранее.
Следствие пришло к выводу, что никакого Фантома не существует, и дело в ватных палочках, которые использовали для взятия проб ДНК. Оказалось, что палочки были загрязнены еще на производстве, а виновницей была одна из работниц, чьи генетические «отпечатки» и находили в ходе расследований. Так и закончилась долгая история одного из самых неуловимых маньяков Европы.