Этот пост является своего рода продолжением этого и этого. Но продолжением вполне себе самостоятельным.В 1950-е годы изучением ДНК занималось несколько десятков человек во всем мире. Один из них – физик-теоретик Георгий Гамов (благополучно сваливший из СССР в 1934 году) – выдвинул идею создать «Клуб галстуков РНК». В него допускалось всего двадцать членов – по числу аминокислот. Гамов придумал клубный галстук и даже заказал эксклюзивные галстучные булавки, каждая из которых соответствовала своей аминокислоте. У каждого члена клуба был служебный бейджик с трехбуквенной аббревиатурой аминокислоты, которую было поручено изучать обладателю этого бейджика. Несмотря на строгое численное ограничение, места в клубе поначалу хватило всем желающим заняться расшифровкой ДНК. Советских генетиков, по понятным причинам в нем не оказалось вовсе.

Но такая ситуация продолжалась относительно недолго, по мере получения новых результатов, росли и ряды исследователей «спиралей». К 1959 году генетики описали то, что позже назвали «центральной догмой», согласно которой генетическая информация из ДНК реализуется в белки через РНК. Затем были открыты транспортная РНК, которая отвечала за доставку аминокислот к месту синтеза белков, и матричная РНК, игравшая роль шаблона самой сборки. В 1961 году Френсис Крик и Сидней Бреннер экспериментально доказали, что в основе генетического кода лежат триплеты: три нуклеотида, необходимые для того, чтобы закодировать ту или иную аминокислоту. Джеймс Уотсон (соавтор Крика по статье о структуре ДНК, за которую они получили Нобеля) так прокомментировал этот результат: «В компании со мной Крик впервые познал секрет жизни, свернутый в двойную спираль; теперь он одним из первых узнал, что этот секрет записан словами из трех букв».В 1960-е годы был получен еще ряд важных результатов, которые объясняли базовые механизмы регуляции генов. Теперь ученые были готовы сделать следующий шаг, перейти от изучения принципов работы ДНК к манипуляциям с ней.Впрочем, главной проблемой для манипуляций на тот момент представлялся не столько недостаток информации о принципах работы ДНК, сколько ее размеры. Например, у человека она состоит из 23 пар хромосом, которые в совокупности содержат больше 3 млрд пар оснований нуклеотидов. Чтобы детально изучать какой-то отдельный ее участок (ген), нужны были «молекулярные ножницы», с помощью которых его можно было отделить от спирали. Еще был нужен «молекулярный клей», чтобы соединять полученные фрагменты. И «копир», чтобы увеличить их число. В этом отношении подход ученых напоминает работу в Word с его cat-paste-copy.Несмотря на сложность, задача оказалась решаемой. Благодаря нескольким ученым, работавшим независимо друг от друга. Первый – Артур Корнберг, изестный биохимик, лауреат Нобелевской премии.

Премию он получил в 1959 году как соавтор открытия ДНК-полимеразы, фермента, обеспечивающего репликацию ДНК. Он продолжил работу в этом направлении. Объектом стал вирус, который размножается в кишечной палочке (биологи любят работать с ней не меньше чем с дрозофилами). Сначала, работая с вирусной ДНК, Корнберг смог осуществить репликацию всех 5300 пар оснований ДНК этого вируса. Теперь он располагал «копией» вируса, но она была инертна.Решить проблему удалось добавлением другого фермента – лигазы и сформировав таким образом из ДНК непрерывный контур как у исходного вируса. Этим сходство не ограничилось: обычный вирус размножается в бактерии, и ДНК, выведенная Корнбергом in vitro, вела себя точно так же. Газеты писали, что Корнберг «создал жизнь в пробирке», что, на самом деле, было некоторым преувеличением. Но в целом, к манипуляциям с ДНК был сделан основательный шаг.Примерно в это же время на другой стороне от Атлантического океана трудился, не покладая рук, швейцарский биохимик Вернер Арбер. Он, кстати, известен как один из ученых – сторонников теории Разумного замысла. Цитирую: «Будучи биологом, я должен сознаться, что не понимаю, как возникла жизнь… Я считаю, что жизнь начинается с уровня функциональной клетки. Даже самые примитивные клетки требуют присутствия, по меньшей мере, нескольких сотен особых биологических макромолекул. Как такая достаточно сложная структура могла составиться сама собой, для меня остается загадкой. Возможность существования Творца, Бога, представляется мне удовлетворительным решением данной проблемы».Но Нобелевскую премию швейцарец получил, естественно, не за это, а за свои научные результаты. Арбера интересовала не ДНК как таковая, а вирусы. Точнее, то, как у клеток-хозяев получалось отличать внедрившуюся в них ДНК вируса и уничтожать ее. В поисках ответа он открыл новую группу ферментов, расщепляющих ДНК – рестриктазы. Они присутствуют в бактериальных клетках и подавляют размножение вирусов, разрезая на фрагменты чужеродную ДНК. Причем, это специфическая реакция на конкретные последовательности: фермент разрезает нить ДНК, лишь если обнаружит в ней искомую последовательность.Но оставалось неясным, почему рестриктаза не «режет» собственную ДНК в том же самом месте. Арбер продолжил поиск и нашел второй фермент, химически модифицирующий те самые последовательности в собственной ДНК, как только они ему попадаются. Так у ученых появились кандидат на роль «молекулярных ножниц».Возвращаемся снова в Америку, где нас ждет очередной исследователь, внесший свой вклад – Стенли Коэн. Он родился в семье еврейских иммигрантов из России. В годы Великой депрессии семья Коэнов чуть не разорилась, но родители на последние деньги отправили детей учиться. И не прогадали, их сын впоследствии стал известным ученым. Хотя все могло сложиться и иначе, закончив в 1946 году медицинский институт Стенли уже подумывал о карьере военврача. И лишь в последний момент предпочел ей науку. Правда, ему пришлось долго потрудиться, пока он смог чего-то добиться. Первый серьезный успех ждал его только в 1971 году, когда Коэн научился управлять захватом бактериями все той же кишечной палочки плазмид вне пределов клетки. Бактерия поглощала плазмиду с генами устойчивости к антибиотикам, и штамм, ранее погибавший от антибиотика, терял восприимчивость к нему. Причем, это свойство передавалось по наследству. Теперь все инструменты были в наличии и долго ждать не пришлось. В 1972 году на Гавайях проходила международная научная конференция по молекулярной биологии (ее организаторы определенно знали толк в выборе места). Ее участники впервые воспроизвели весь цикл получения рекомбинантной ДНК. Сначала при помощи рестриктаз молекулу ДНК разрезали и выделили определенный ее участок. Затем этот фрагмент ДНК скопировали и вставили получившуюся плазмиду в бактериальную клетку, как USB-флешку в подготовленный для нее разъем. Бактерия начала делиться, копируя вместе со своим генетическим материалом и внесенную плазмиду. А поскольку этот вопрос стимулировался извне (силами приехавших на гавайские пляжи делегатов конференции), то вскоре возникла колония из миллиардов бактерий. И каждая с копией нужного фрагмента ДНК. Так была запущена первая фабрика по производству необходимых генов с очень хорошей производительностью.На этой же конференции Коэн познакомился с Гербом Бойером.

Герб Бойер и Стенли Коэн - первые генные инженеры

Они работали в одном городе и в одной научной области, но до этого дня друг о друге не знали. Оказалось, гавайские пляжи способствуют не только любовным, но и научным союзам. В одном из пляжных ресторанчиков в перерыве между секциями они на салфетках набросали план по доведению до ума технологии рекомбинантной ДНК. Один из их коллег назвал такую форму работы «от солонины к клонированию».Сначала они взяли два штамма одного вида бактерий, одни погибали от тетрациклина, но были устойчивы к канамицину, вторые наоборот. Из них было решено создать гибрид, устойчивый к обоим антибиотикам. С прикладной точки зрения, их деятельность немного похожа на вредительство. Но с фундаментальной… Наука, как известно, требует жертв. И эта жертва была успешно принесена. В смысле, гибрид был создан, причем, с помощью той самой технологии рекомбинантной ДНК. Это был первый трансгенный организм, а его создатели оформили на него патент. Что позволяет считать Коэна и Бойера первыми в мире генными инженерами. Дальше было не менее интересно, но, как говорила одна восточная сказочница, это уже немного другая история.

Ученые Института леса имени Сукачева СО РАН обнаружили в красноярском Академгородке новый вид моли.

Об этом сообщает пресс-служба Красноярского научного центра Сибирского отделения РАН. Открытие было сделано совместно с учеными из Франции и Италии. Это новый вид минирующей моли-пестрянки, которая часто портит кустарниковые растения: после себя гусеницы моли оставляют своеобразные «мины», выедает листья изнутри, не повреждая при этом кожицу. Развивается вредитель на карагане древовидной (в обиходе – сибирской акации) – это кустарник, использующийся для живых изгородей и бордюров. На момент обнаружения численность насекомых была невысокой, поэтому большого урона деревьям они пока не наносят.

Новый вид моли, найденной в Сибири, получил название Phyllonorycter ivani – в честь отца одной из исследовательниц.

Источник

Биологи из США выяснили, что бактерии могут объединяться в некое подобие «мозга», используя ту же систему обмена электрическими сигналами, которыми пользуются нейроны в нашей нервной системы.

Ученые выяснили, что некоторые метаногенные бактерии могут соединяться друг с другом своеобразными биопроводами и формировать некое подобие связей, аналогичных тому, как нейроны обмениваются информацией друг с другом в мозге животных, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

«Наше открытие не только переворачивает наши представления о бактериях, но и о том, как мы представляем себе наш мозг. Все наши чувства, эмоции и интеллект вырастают из того, как клетки мозга обмениваются электрическими сигналами, за появление которых отвечают ионные каналы. Мы обнаружили, что бактерии используют такие же каналы и электросигналы для совместного выхода из некомфортной среды», — заявил Гюроль Сюэль (Guerol Sueel) из университета Калифорнии в Сан-Диего (США).

Сюэль и его коллеги пришли к такому выводу, пытаясь раскрыть необычный секрет из жизни больших сообществ бактерий, объединяющихся в плотные колонии-«пленки» из сотен тысяч отдельных микробов – как организмам в центре таких структур, не имеющих контакта с внешней средой, удается выживать.

Наблюдая за жизнью таких пленок, ученые выяснили, что клетки на поверхности пленки, имеющие неограниченный доступ к пище, периодически дают «подышать» внутренней части колонии. Они останавливают свой рост, позволяя питательным веществам проникнуть в глубины колонии, и микробы внутри пленки пополняют запасы продовольствия.

Столь удивительная синхронизация поведения бактерий, удаленных на большие расстояния друг от друга, заставила ученых задуматься о том, как они могут общаться друг с другом. Характер поведения пищи – молекул глутамата – при движении внутрь пленки указал на то, что этот бактериальный «интернет» может работать на базе электрохимических сигналов.

Руководствуясь этой идеей, авторы статьи измерили то, как меняется напряжение на поверхности оболочек бактерий и внутри питательной среды во время периодов роста поверхностного слоя микробов и во времена затишья.

Оказалось, что напряжение на мембране бактерий колебалось в такт с циклами роста микробов, что подтвердило догадку Сюэля и его коллег. Эти электрические колебания, как объясняют ученые, порождались ионными каналами на поверхности оболочек микробов, похожими по своей структуре и форме на те ионные «насосы», которые есть на поверхности нервных клеток мозга.

Бактериальные ионные каналы работают аналогичным образом – они закачивают или выкачивают из клетки ионы калия, создавая разность в концентрации ионов калия и натрия, что придает микробу способность проводить электрические импульсы через свою поверхность. Если эти каналы и связанные с ними гены удалить, то бактерии теряют способность общаться друг с другом и колония быстро разваливается из-за неспособности координировать волны роста и спокойствия.