US Ads

четверг

Переписывание ДНК

Ученые переписывают ДНК, чтобы понять, о чем это говорит.

Как утверждают западные специалисты, за последние несколько десятков лет они добились огромных успехов в генетике. Прежде всего, эти успехи нашли свое отражение в возможности ученых "прочитать" код ДНК. Ученые признают, что эти возможности возросли в несколько раз за последние несколько десятилетий. Но есть область, в которой развитие науки отстает, и здесь речь идет о способности ученых понимать и изменять генетический код, то есть заново "переписать" ДНК-кодированные инструкции.

Недавно ученые из научно-исследовательского института имени Вейцмана (Weizmann Institute), расположенного в израильском городе Реховоте, провели исследование, которое в значительной мере продвинуло вперед понимание генетического кода человека. Израильские ученые предложили новый способ эффективного внедрения многочисленных и тщательно спланированных сегментов ДНК в геном живых клеток, с последующим изучением влияния этих изменений.

Результаты этого исследования сначала были опубликованы в июньских номерах двух онлайн журналов за 2012 год: британского журнала о природной биотехнологии (Nature Biotechnology) и американского журнала о природной генетике (Nature Genetics), а затем перепечатаны другими американскими и европейскими научными изданиями.

Согласно публикации, раньше изменение последовательности ДНК представляло собой очень медленный и трудоемкий процесс. Обычно, ученым требовалось несколько недель, чтобы изменить всего один участок ДНК, а затем затратить еще несколько недель на то, чтобы протестировать возникшие эффекты от каждого такого изменения. Опубликованные результаты исследования говорят о том, что израильские ученые сумели разработать технологию, которая позволяет одновременно вводить десятки тысяч участков ДНК в десятки тысяч живых клеток, причем каждый участок в отдельную клетку, и делать это на плановой и систематической основе. Кроме того, новая израильская технология позволяет измерять результаты каждого такого изменения не только с очень большой точностью, но и в течение одного эксперимента.

По опубликованным данным, группой исследователей руководил профессор Эран Сигал (Eran Segal), представляющий два факультета Института Вейцмана одновременно (один - информатики и прикладной математики, а другой - молекулярной клеточной биологии). Комментируя результаты исследования, профессор отметил в публикации, что считывание всего генома человека уже является выполнимой задачей для ученых, но смысл генома в целом пока остается неясным. Весь геном выглядит как длинная строка из букв и пытаться расшифровать эти буквы все равно, что пытаться понять иностранный язык, слушая иностранную речь. По мнению Сигала, их новый метод поможет ученым определять "слова" ДНК и понимать смысл всего "языка" ДНК.

В публикации прослеживается надежда ученых научиться интерпретировать то, каким образом генотипические различия между людьми генерируются в наблюдаемые различия между ними. В частности, с помощью новой технологии ученые хотят выяснить, какие генетические различия ответственны за развитие различных заболеваний у некоторых людей. Также сообщалось, что технология института Вейцмана может привести к качественному улучшению генетической терапии, основанной на введении новых генов или их улучшенной регуляторной последовательности непосредственно в клетки с целью устранения генетического дефекта.

Как говорит публикация, ученые исследовали жизненно аспекты языка ДНК и хотели найти ответы на важные вопросы. Например, как закодирован в ДНК контроль выражения (экспрессии) генов? Или, что представляет собой инструкция для определения уровня активности каждого гена в генетическом коде? Западные ученые считают, что уровень активности гена имеет решающее влияние на функцию клетки, поэтому данный вопрос рассматривается одним из центральных в области молекулярной биологии и изучается десятилетиями.

Согласно публикации, новая технология позволила ученым выделить и проверить влияние различных параметров на уровень активности генов. Например, как уровень активности гена зависит от расстояния между геном и его регуляторной последовательностью. В конце концов, исследователи сумели выяснить и продемонстрировать, как различные параметры определяют нормативный "язык" ДНК. А их главное достижение заключается в установлении того, как преднамеренные изменения в генетической последовательности влияют на параметры таким образом, что изменяют уровень активности гена предсказуемом образе.

В заключении публикации сообщается, что новая технология состоит из четырех этапов, сочетающих в себе уже существующие технологии, но в новаторской манере. Эти четыре этапа включают  в себя:
  1. создание 50000 различных генетических последовательностей на ДНК-чипах,
  2. массовая одновременная вставка этих последовательностей в клетки,
  3. сортировка клеток с помощью сортировочной машины, которая определяет уровни экспрессии (выразительности) генов-"докладчиков",
  4. параллельное определение последовательности генов ДНК с высокой пропускной способностью (параллельное секвенирование ДНК).

Согласно публикации, в данном исследовании принимали участие специалисты института Вейцмана аспиранты Иайлон Шарон (Eilon Sharon), Тали Равех-Шадка (Tali Raveh-Sadka) и Михаил Лево (Michal Levo), научный сотрудник доктор Яэль Кальма (Dr. Yael Kalma) и научный сотрудник доктор Адина Вайнбергером (Dr. Adina Weinberger), а также а также доктор Зоар Яхини (Dr. Zohar Yakhini ), представляющий одновременно израильский технологический институт Технион (Technion) из израильского города Хайфа и центральную научно-исследовательскую группу Agilent Laboratories, входящую в состав американской компании Agilent Technologies, из Санта-Клара, штат Калифорния.

Ссылки

Prof. Eran Segal personal page http://www.wisdom.weizmann.ac.il/~eran/

Weizmann Institute Press Room
http://wis-wander.weizmann.ac.il/rewriting-dna-to-understand-what-it-says#.Uk02ZtLc8S0

YouTube Видео

Название: A Walk Through the Weizmann Institute of Science (прогулка по научному институту Вейцмана, на английском языке)
Канал: weizmannusa