Как выглядит днк под микроскопом


Abstract

 

Ученые из Университета Генуи в Италии разработали технологию электронной микроскопии, которая позволила впервые рассмотреть витки на ДНК. Работа опубликована в журнале Nanoletters, а ее краткое содержание приводит New Scientist.

Для получения изображения ученым пришлось создать совершенно новую подложку, на которой фиксировалась нуклеиновая кислота. На ней имелись микроскопические опоры, между которыми была натянута нить ДНК, при этом под молекулой в подложке проделывалось отверстие для электронных лучей.

В результате, ученым удалось получить изображение, на котором четко видны бороздки A-формы ДНК.

Толщина молекулы на изображении не соответствует действительности. Возможно, это связано с тем, что в работе использованы не одиночные молекулы, а тяжи из шести нуклеиновых кислот. Невозможность работать с одиночной ДНК авторы объясняют недостаточной чувствительностью матриц, которые фотографируют электроны. Из-за этого за время нужной экспозиции изображения одиночные молекулы успевают разрушиться под воздействием бомбардировки электронами.

Новая технология позволит изучать ДНК-белковые взаимодействия (например, места посадки транскрипционных факторов) непосредственно на индивидуальных молекулах нуклеиновых кислот.

Ранее другая группа ученых научилась с помощью атомно-силовой микроскопии определять в ДНК последовательность нуклеотидов.


Подложка с натянутой молекулой ДНК и полученное изображение. Микрофотографии Gentile, F., Nanoletters, 2012

Источник: arhivarrus.com.

 


http://earth-chronicles.ru/news/2012-12-11-35910

Ученые получили «фотографию» ДНК

Энзо Ди Фабрицио совместно с коллегами разработал уникальную методику нанесения образца. Ученые использовали кремниевую подложку. Дело в том, что наноразмерные столбики кремния обладают водоотталкивающим свойством, благодаря чему при нанесении на них раствора с ДНК влага очень быстро испаряется, и остаются только растянутые молекулы, готовые к съемке. Кроме того, исследователи сделали в подложке множество отверстий, через которые пропустили пучки электронов. Так им удалось повысить разрешение изображения.


В результате ученые запечатлели на фотографии «канат», образованный двойными спиралями ДНК, который внешне похож на штопор с плотными витками. Пока ученые смогли сфотографировать только нити из шести молекул, которые закручены вокруг седьмой. Проблема получения одиночной спирали заключается в том, что она мгновенно разрушается потоком электронов с большой энергией, которые используются в просвечивающем микроскопе.

Исследователи собираются в будущем изучить, как молекулы ДНК взаимодействуют с другими активными молекулами, к примеру, РНК и белками. Сейчас же они пытаются улучшить технологию подготовки образцов и найти более чувствительные детекторы с более «спокойными» электронами, чтобы получить фотографию не «компашки» молекул, а единичной двойной спирали ДНК.

Источник: www.liveinternet.ru

Все мы не раз видели эту картину: тонкая игла под микроскопом входит в полупрозрачную живую клетку, чтобы перенести туда ДНК. Но какие приборы нужны для того, чтобы сделать это? «Теории и практики» составили список самых интересных устройств, с помощью которых генетики проводят искусственное оплодотворение, создают генномодифицированные растения и определяют родство.


Электронный микроскоп отличается от привычного нам оптического почти так же сильно, как компьютер отличается от печатной машинки. В этом приборе не используется свет: иначе говоря, мы никогда не сможем увидеть ДНК под ним в полном смысле этого слова. Размеры и форму объектов можно определить благодаря потоку электронов, которыми «обстреливают» молекулярные структуры. Частицы ударяются о свою мишень, отскакивают в разные стороны, и по траектории их полета ученые могут составить изображение того, что находится под электронным микроскопом.

Мы пока неспособны сфотографировать отдельную молекулу ДНК — знаменитую двойную спираль с двумя палочками сахаро-фосфатных стержней и миниатюрными перемычками — нуклеотидами. Для наблюдения за таким хрупким объектом наши электронные микроскопы слишком грубы, и потоки частиц неизменно успевают разбить структуру раньше, чем будет составлено ее изображение. Однако в начале 2012 года группе ученых из Генуи удалось запечатлеть «веревочку» ДНК, составленную из шести молекул, обернутых вокруг еще одной, седьмой. Для этого им пришлось создать абсолютно новую подложку с микроскопическими опорами, на которых ДНК была натянута, как телеграфный провод на столбах.

Современные микропипетки — это высокоточные инструменты, способные дозировать крошечные объемы жидкости: от 1 до 1000 микролитров. Их можно найти в любой лаборатории или исследовательском центре, где проводится ПЦР-диагностика или другие генетические исследования.


Внешне микропипетки одновременно напоминают шприцы и шариковые ручки. В отличие от обыкновенной пипетки с мягким резиновым колпачком, микропипетка обладает крошечным тонким поршнем. Специалист просто нажимает на него большим пальцем, как на кнопку, поршень входит в узкий стеклянный капилляр, вытесняя из него воздух или жидкость. У микропипеток часто есть цветовая маркировка, чтобы можно было различить устройства разного объема. Также встречаются микропипетки с несколькими капиллярами — так называемыми «многоканальными модулями». Такие устройства позволяют забирать одинаковый объем жидкости сразу из нескольких пробирок или контейнеров.

Микроманипулятор — это прибор, позволяющий осуществлять тонкие и точные движения микроинструментов. С его помощью можно удалить или перенести клеточное ядро, сделать инъекцию в цитоплазму и др. Без приборов, руками эти действия выполнить невозможно: слишком мало давление, которое можно приложить к крошечному клочку материи. Вот почему все нужно делать с помощью джойстика и механизма, снижающего силу движения человеческих пальцев.

Микроманипулятор состоит из системы штативов с винтами, которые зажимают микроинструменты и обеспечивают их движение во всех направлениях. Также для работы необходима влажная масляная камера. Слой масла нужен, чтобы удержать клетку на месте и предохранить ее от высыхания.

Именно с помощью микроманипулятора специалисты проводят искусственное оплодотворение. Также прибор незаменим в генетических исследованиях: все инъекции растворов, в том числе, внесение в одиночную клетку новой ДНК in vitro, осуществляются с использованием микроманипулятора.


Биолистическая пушка — один из самых распространенных инструментов генной инженерии растений (особенно однодольных: пшеницы, ячменя, кукурузы и др.). Она стреляет частицами вольфрама, на которые перед работой напыляют ДНК. Специалисты наносят эти «генетические пули» на целлофановую подложку и помещают в пушку. Под «стволом», на расстоянии 10-15 см, устанавливают чашку с растительной тканью, или каллусом — клетками, которые позже можно будет культивировать. После этого происходит выстрел. Вакуумный насос резко уменьшает давление в «стволе», и пушка на огромной скорости выбрасывает вольфрамовые частички. Они разрывают стенки клеток, без труда входят в цитоплазму и ядра клеток и доставляют туда ДНК. Из-за силы бомбардировки ткань по центру чашки, как правило, погибает. Однако по периметру клетки остаются живы и хорошо протрансформированы. Их и культивируют в дальнейшем, чтобы получить трансгенный сорт растения.

Электропоратор — еще один прибор для трансформации клеток живых существ: от бактерий и дрожжей до млекопитающих, а также растений. Перед работой раствор с живыми клетками и дополнительными молекулами ДНК помещают в пластиковые кюветы с алюминиевыми электродами. Затем электропоратор с помощью электрического поля создает в мембранах клеток крошечные поры, сквозь которые генетические конструкции проникают в цитоплазму. После завершения процесса поры закрываются, и клетки остаются целы и невредимы.


Сегодня электропорация считается самым простым и эффективным методом введения молекул ДНК в клетки. До недавнего времени он, впрочем, использовался не так часто из-за отсутствия серийного производства электропораторов.

Амплификатор можно найти практически в любом медицинском центре, где проводятся генетические исследования. Он и позволяет проводить полимеразную цепную реакцию (ПЦР), после которой специалисты уже с помощью другого прибора находят, идентифицируют и подсчитывают различные фрагменты ДНК. Амплификаторы применяются при проведении клинических анализов и судмедэкспертизы, в ходе научных исследований, а также для экологического и санитарного контроля.

Метод ПЦР (полимеразной цепной реакции) основан на поиске и многократном копировании определенных участков ДНК, которые соответствуют заданным критериям. Для этого используется особый фермент — полимераза. Весь процесс протекает in vitro.

В ходе ПЦР специалисты нагревают и охлаждают пробирки с образцами, полимеразой и праймерами — короткими фрагментами нуклеиновой кислоты, комплементарными ДНК- или РНК-мишени. Мишенями всегда являются одиночные нити ДНК, к которым в определенном месте должен присоединиться праймер.

Процесс начинается с того, что температуру в пробирках повышают до 94-98°С. В этот момент водородные связи в двойных спиралях распадаются, и все одиночные цепочки оказываются сами по себе. Затем пробирки начинают охлаждать, чтобы праймеры с помощью новых водородных связей могли связаться со своими мишенями и образовать молекулы. Ну, а после этого, на финальной стадии, в дело вступает фермент, который на основе получившихся структур синтезирует множество дочерних ДНК — точных копий родительской молекулы. Они и нужны специалистам, чтобы провести анализ.


Анализатор нуклеиновых кислот, или АНК, — второй необходимый для ПЦР-диагностики прибор. Когда реакция завершается, в это устройство переносят «переживший» полимеразную цепную реакцию образец. Ученые с помощью АНК подсчитывают, сколько искомых молекул возникло в пробирке, а также оценивают их качества.

Сегодня существуют анализаторы нуклеиновых кислот, которые работают в режиме реального времени. При наличии такого прибора амплификатор специалистам не нужен: весь процесс, от стадии нагревания пробирок до подсчета молекул прибор выполняет сам.

Секвенирование — это процесс определения последовательности нуклеотидов в молекулах ДНК. Именно оно позволяет нам читать геномы и исследовать их. Правда, сегодня не существует ни одного метода, который работал бы для всей молекулы целиком. Чтобы определить, как расположены нуклеотиды в ниточке ДНК, специалистам всегда приходится сначала разделить ее на множество небольших участков. Затем ученые проводят ПЦР: нагревают и охлаждают эти «генетические кусочки» в пробирках с праймерами и ферментом. В результате появляется множество копий искомого участка ДНК. Секвенатор может прочитать каждую из них.

Узнать больше

Источник: theoryandpractice.ru

Фото ДНК и ее структуры


Как выглядит молекула ДНК? Открытие молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты было совершено швейцарским биологом Фридрихом Мишером в 1869 году. На тот момент об этой молекуле не было известно ничего: ни ее строение, ни биологические функции.

То, что дезоксирибонуклеиновая кислота является носителем информации о развитии и работе всего организма стало известно только в 1944. В 1953 году ученые использовали рентгеновские лучи для облучения молекулы и по данным, составленным по отраженным молекулой лучам, составили первую схему ее строения.

ДНК под микроскопом

Под обычным микроскопом ДНК не рассмотреть: они подходят для изучения клеток, вирусов, состава крови и т.д. А электронным микроскопам нашего времени не хватает чувствительности, что бы показать детали строения нитей дезоксирибонуклеиновой кислоты. Так же современные цифровые микроскопы просвечивают образец потоком электронов, и этот поток слишком силен, он может повредить цепочки молекулы наследственности или вовсе их разорвать. Но это ограничение будет преодолено уже в ближайшее время, что позволит более детально изучить строение молекулы наследственности и ее взаимодействие с РНК.

Как впервые сфотографировали ДНК


Первую фотографию ДНК человека смогли сделать лишь в 2012 году. Современные сверхмощные цифровые микроскопы позволяют сделать снимок столь небольшого объекта, но имеют и заметные недостатки – из-за сильного облучения электронами нити дезоксирибонуклеиновой кислоты разрушаются, и получить более детальную картинку пока не представляется возможным. Но в общих деталях на снимках уже хорошо видно, как выглядит цепь ДНК.

Фотография дезоксирибонуклеиновой кислоты и нанотехнологии

Первые попытки сделать фото ДНК не оказались напрасными, и дали толчок развитию новой методике изучения структуры цепочки наследственности. На основе первой «положки» для фотографирования ДНК был изобретен наносенсор. А ученные из Иллинойса изобрели наноконденсатор, через который можно пропускать молекулу ДНК и определять ее структуру.

Факты из истории

 В истории изучения дезоксирибонуклеиновой кислоты если несколько интересных фактов, некоторые из которых могут в бедующем раскрыть весь генетический потенциал человека, и в корне изменить нашу жизнь:


  •  В генах человека заложена способность к самоизлечению и самоомоложению. Что будет, когда наука откроет эти механизмы?
  •  Пока наука имеет представление о том, как работает 3% всей структуры молекулы наследственности и в них уже входит почти все о здоровье, питании и наследственных болезнях.
  •  С изучением дезоксирибонуклеиновой кислоты ученые пришли к выводу, что потенциально человек может жить до тысячи лет.
  •  В штате Мэриленд, США, булл проведен интересный ряд анализов. Один из тестов на биологическое родство показал, что у некой американки все её три дочери ей не родные. Женщина была беременна четвертым ребенком, но, когда он родился, тест показал, что и этот ребенок женщине не родной! Как такое может быть? Может слухи о телегонии и мифичны, но этот случай показал, что женщину могут одновременно оплодотворить двое мужчин, что и привело к таким странным результатам тестов.

А так же полезные статьи читайте на нашем сайте Mygenetics.ru

Источник: zen.yandex.ru

Первая настоящая фотография ДНК человека

В середине 1953 года, основываясь на материалах исследований всемирно известных ученых Розалинд Франклин и Мориса Уилкинсома, была выдвинута и доказана версия о структуре ДНК. Ее изобразили в виде двойной спирали. Авторство принадлежит двум светилам науки: Фрэнсису Крику и Джеймсу Уотсону.

К такому решению они пришли, имея на вооружении только косвенные наблюдения структуры ДНК. То, что кислота имеет такую форму, доказали, применяя кристаллографический рентгеновский способ. Метод заключается в отражении рентгеновских лучей от молекулы. Однако, эти фото были не настоящими, а лишь воспроизведениями от отскакивающих лучей.

Со временем изображения получались более усовершенствованные, но настоящими фотографиями их назвать нельзя.

Как «распинали» ДНК

Впервые удалось сделать фото спирали ДНК под микроскопом по-настоящему, лишь по истечении почти шестидесяти лет. Авторство принадлежит команде профессора итальянского университета Энца ди Фабрицио. Осуществить мечту многих светил науки получилось с помощью инновационных технологий в области электронных микроскопов.

Первые фото днк
Первые фото волокон ДНК

К успеху задумки ученых привели передовые методики в полупроводниках и специальном оборудовании, главным из которых являлся микроскоп с высокой чувствительностью. Для осуществления манипуляции подготовили поверхность, с которой торчали кремниевые стержни. Всю подготовленную поверхность покрыли жидкостью, содержащей ДНК. Воду мгновенно выпарили, и молекулы ниток ДНК оказались «распятыми» на кремниевых стержнях. На следующем этапе нити облучили мощными электронными лучами. Это произошло из крошечных отверстий, которые предварительно были оставлены на основании поверхности. Фотоснимок получился довольно высокого расширения. На некоторые фото сделанных под микроскопом – изображение целых клубков дезоксирибонуклеиновой кислоты, поскольку нити молекул просто снес мощный поток электронов. Однако, на нескольких фото удалось поймать одиночные нити, а на некоторых – даже разъединенные спирали.

В планах на будущее – внести коррективы по использованию микроскопов и оборудования для съемки, сделать его более чувствительным. Это даст возможность облучать молекулы ДНК менее интенсивно, чтобы не допускать разрыва нитей.

Что дало получение этого фото? Возможность более детального исследования и установления связей между звеньями молекулы, ее цепочками, спиралями. Появились перспективы отследить взаимодействие дезоксирибонуклеиновой кислоты с РНК, белками, что, в свою очередь, станет панацеей в решении проблем здоровья человека.

Фотография дезоксирибонуклеиновой кислоты и нанотехнологии

Ученые Иллинойского университета научились определять последовательность составляющих ДНК способом пропуска молекул сквозь наноконденсаторы.

Наносенсор для молекул способствует проверке характерных последовательностей, что открывает широчайшее поле действия для решения медицинских проблем. Показательно, что за основу наносенсора взят принцип первой «площадки» для фотографии дезоксирибонуклеиновой кислоты. Немного иная модификация наносенсора помогает в исследовании вирусов.

Возможности, которые открывает исследование ДНК

Поскольку данные о возможностях дезоксирибонуклеиновой кислоты расшифрованы лишь на несколько процентов от днквозможного, масса лучших умов мира работает в этом направлении. Этой молекуле предписывают возможность быть информационным лекарством для всех неизлечимых болезней.

Совместные исследования российских и американских ученых имеют конкретные подтверждения о возможности лечения онкологических заболеваний информационным способом. Оказывается, информацию, находящуюся в клетках человеческого организма, можно «стирать», «перезаписывать», то есть менять неправильную информацию на правильную. В раковые клетки внедряли здоровые гены. Эффект был недолговечный, но он подсказал верное направление исследований. За словами Рея Курцвейла, для возможности полного «выключения» неизлечимых заболеваний и даже поворачивания вспять процесса старения нужно десять — пятнадцать лет системных исследований и экспериментов в области генетики.

Планируется изменение принципа медицины будущего: не бороться с последствиями, а, проанализировав геном человека, действовать на ранних этапах и прогнозировать вероятность заболеваний.

С удешевлением многих исследований появляется возможность персонализации медицины. Информация о генетической предрасположенности человека, о приобретенных патологиях может быть у врача всегда под рукой и будет способствовать избеганию рисков неверного диагноза или запущенных форм болезней, грозящих перейти в хронические.

Нельзя недооценивать роль ДНК в выращивании человеческих органов для трансплантации и создания неких «биочипов», способных не только избавлять от заболеваний, но и восстанавливать равновесие в работе систем всего организма.

Интересные факты и истории

1. Сумма длины молекул ДНК человека равна полутора тысячам длины от Земли к Солнцу.

2.Человечество пользуется только тремя процентами возможностей, предоставленных ему структурой дезоксирибонуклеиновой кислоты.

3.Организм человека способен сам себя лечить, омолаживать. Возможность этого заложена в генах.

4.Ресурс дезоксирибонуклеиновой кислоты предусматривает биологическое существование человеческих особей до тысячи лет.

днк5.После ограбления в одном из ювелирных салонов полиция отдала на исследование перчатки, которые грабитель оставил на месте преступления. Полиция, проведя исследование ДНК из перчаток и найдя подозреваемого, обвинение предъявить ему не смогла. Дело в том, что у подозреваемого был брат-близнец с идентичными генами, поэтому кто из них ограбил салон и как определить виновного – непонятно, других улик не нашли.

6.В американском штате Мэриленд произошел забавный случай: при анализе ДНК матери и троих ее детей исследование показало, что она – неродная мать своим детям. Это подняло много шума, сомнений и домыслов. Поскольку женщина была на восьмом месяце беременности четвертым ребенком, после его рождения был проведен анализ на установление материнства. Оказалось, что ее новорожденный малыш – тоже не ее! Когда исследовали данные матери, выяснилось, что яйцеклетка ее матери была оплодотворена сперматозоидами двух разных мужчин, поэтому последовательность молекул ДНК неодинаковая на разных участках ее тела.

Источник: testdnk.pro


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.