5 невероятных возможностей ДНК

ДНК – это очень сложная структура, пожалуй, одна из самых сложных в известном нам мироздании. Благодаря детективным сериалам, мы знаем, что анализ ДНК — лучший способ выяснить, кто убийца. Но вы удивитесь, если узнаете, что использовать дезоксирибонуклеиновую кислоту таким образом — всё равно, что забивать гвозди микроскопом. Наша наука уже ушла значительно дальше этого, например…

№5. ДНК ускорила эволюцию

Когда вы слышите слово «киборг», вы или вспоминаете Робокопа, или вас неправильно воспитывали. Большинство киборгов из фантастических историй получали кибер-органы взамен своих утраченных. Что, честно говоря, странно, потому что сразу же тащить лишившегося руки человека на операционный стол, чтобы превратить его в суперкиборга, не потрудившись хотя бы организовать для него курсы психологической реабилитации — довольно глупая затея. Впрочем, настоящие учёные решили пойти другим путём, создав сперва одноклеточного ДНК-киборга.

Дрожжи, они же Saccharomyces cerevisiae, ответственные за производство хлеба, пива и некоторых других вещей, имеют для человечества большее значение, чем вся наша страна. Исследователи внимательно изучили, как функционирует этот результат долгой и кропотливой работы старушки эволюции и решили: «Ну что же, мы можем лучше!»

И создали «Дрожжи 2.0», превратив кусок их ДНК в жёсткий диск, заменив 120.000 основных пар генов искусственными, с переписанными генетическими инструкциями. Синтетическая секция не принимает во внимание тормозящие триплеты, которые обычно завершают генетические программы (возможно, потому что людям в белых халатах захотелось добавить сценаристам фильмов ужасов новых сюжетов). Они также несут и набор новых установок: гены, которые легче искусственно «редактировать», но и менее подверженные случайным мутациям.

Учёные назвали это системой синтетического хромосомного преобразования и модифицирования (SCRaMbLE system) – клянёмся, это настоящее название, придуманное настоящими учёными, а не мультяшными злодеями. Искусственная двойная спираль включает нормальные маркеры, а использование химикатов заставляет их перемещать, менять, инвертировать и переписывать куски генома. Так учёные могут конструировать новый организм, ускоряя эволюцию, а после смотреть, выживет оно или нет. Так что – ура, у нас есть настоящие мутагены, совсем как в «Черепашках-ниндзя»!

№4. ДНК создала бактериальные компьютеры

Эволюция – мастер неожиданных решений, способный предусматривать самые удивительные варианты и немыслимые условия, в которых может оказаться живой организм. Учёные задумали обуздать эту способность природы, создав биологические компьютеры, способные выдать такое, до чего кремниевые компьютерные мозги просто не додумаются. Потому что если вы попросите обычный компьютер смоделировать форму жизни, способную нормально существовать в таком, мягко говоря, малоприятном для жизни месте как Австралия, он вряд ли скажет вам: «Просто скрестите утку с бобром».

Другое преимущество разведения биокомпьютеров – это параллельная обработка данных. Когда небольшая популяция бактериальных компьютеров воспроизводит себя, она не только вырабатывают новые решения – она также увеличивают число тех, кто работает над поиском этих новых решений. Что, кстати, прямо противоположно тому, что делает маленькая популяция людей в аналогичной ситуации.

Одна группа исследователей переписала ДНК кишечной палочки, как сделали в одном из эпизодов «Звёздного пути». Чтобы она стала ещё умнее, чем вымышленная версия, они использовали «задачу о подгоревших блинах» — усложнённый алгоритм сортировки, придуманный некогда командой, включавшей Билла Гейтса, который также используется, чтобы определить эволюционное расстояние между организмами.

В другом эксперименте они воссоздали бактерию, чтобы решить проблему гамильтонова пути. Они зашифровали задачу генами флуоресцентного белка зеленого и красного цветов – только решив её, бактерии обоих цветов начинали светиться жёлтым.

№3. Изобрела нейронные сети из ДНК

Нейронные сети, подобные тем, что находятся в нашем мозгу, позволяют распознавать различные структуры и паттерны действий и использовать их в новых обстоятельствах. Сейчас учёные уже создают такие сети напрямую из ДНК. Исследователи Калифорнийского технологического института построили такой комплекс из нитей ДНК, объединив их в примитивный нейрокомпьютер. Хотя до сих пор он способен выполнять только простые задания — например, его обучили узнавать четырёх известных учёных. И хоть ДНК-разум ещё слаб, он сумел отличить «умных и известных» от «остальных низших бесполезных существ».

 №2. Придумала регенерирующие оптические соединения

ДНК – великолепный инструмент для передачи информации, но у человечества сейчас есть для этих целей лазеры. Но природа, хотя и изобретательна в поиске решений, очень медлительна. Если бы мы действовали с такой скоростью, то до сих пор сидели бы в пещере, надеясь, что вон тот слоняющийся неподалёку мамонт умрёт, чтобы мы могли им пообедать. Так что, если вы хотите, чтобы ДНК ваших родителей выжила в этом мире, а по определению, вы – тот человек, который больше всего в этом заинтересован, вам не мешало бы немного подбодрить свои гены, добавив модной лазерной подсветки.

Учёные из Технического университета Чалмерса как раз это и проделали, превратив двойную спираль ДНК в оптическое соединение. Они построили светящиеся ДНК-провода, поместив с одного конца спирали хромофору с поэтичным названием «Тихоокеанская синева», а с противоположной стороны — ещё одну, с не столь затейливым названием «Cy3». Вместе же эти хромофоры превратили генетический код в оптоволокно для наномеханизмов, хотя точнее было бы назвать его лазероуправляемым генно-кибернетическим соединением, которое, кроме всего прочего, обладает способностью к саморегенерации.

№1. Испытала программируемое лекарство от рака

Все знают, что рак – страшнейшая болезнь, но не все понимают, что это не одно конкретное заболевание, а общее название для почти миллиона различных дисфункций. Убить раковые клетки несложно, но невероятно сложно не убить в процессе и все остальные клетки организма. Исследователи из Гарварда создали программируемого медбота, который можно нацелить на лечение не просто отдельных органов, а отдельных клеток. И это не фантастика: микроскопический ДНК-контейнер несет груз из медикаментов, и открывается, когда молекулярные сенсоры определяют цель по целому набору условий, атакуя раковые клетки.

На первых испытаниях ботов натравили на клетки лейкемии, на которые они бросились, словно лицехваты из «Чужого», впрыскивая лекарство внутрь клеток опухоли. Другие образцы так же ловко разделались с лимфомой и нейробластомой. Учёные также выясняли, могут ли боты проводить различие между больными и здоровыми клетками — медботы справились и с этим. Программируемое лекарство – это звучит невероятно, но оно действительно уже существует.