Kako se čita DNK?

Glavni informacioni molekul u našim ćelijama je molekul DNK. Jezikom tajnih šifri, pomoću samo četri slova (A, T, G, C) ona kontroliše proizvodnju drugih molekula koji izvršavaju razne funkcije kao što su razni proteini i RNK molekuli.

Aleksej Drino Izvor:
DNK, foto: sxc.hu
DNK, foto: sxc.hu

Informacije za odvojene proteine su zapisani u odvojenim (ponekad i neodvojenim) funkcionalnim celinama- genima. Svaki gen kodira sintezu jednog molekula ribonukleinske kiseline (RNK) koji dalje podleže svojoj sudbini u ćeliji. Naravno, geni u ćeliji nisu odvojeni jedni od drugih, već oni funkcionišu zajedno, kako bi doveli do precizne kontrole i koordinacije različitih procesa u našem organizmu.

Zato je se veliki broj naučnika prošlog veka okrenuo projektu koji je vodio mapiranju različitih gena, njihovoj identifikaciji i funkcionalnoj analizi, pa i posledičnom sekvenciranju celog genoma čoveka-Human genome project.

Naravno da možete zamisliti koliko je mukotrpan proces to bio, kad se uzme u obzir sam način sekvenciranja. Ljudski genom sadrži oko 3,2 milijarde nukleotida, i za celokupno sekvenciranje je bilo potrebno oko 13 godina i preko tri milijarde dolara, i veliki broj naučnika koji su radili na tome.

Ove godine, grupa istraživača na Oksfordu koja se bavi istraživanjem nanopora (Oxford Nanopore) je smislila novi, revolucionarni sistem za sekvenciranje DNK. Uređaj koji su napravili je veličine USB priključka, košta oko 900 dolara, i jednostavno ga uključite u kompjuter sa odgovarajučim softverom , i on je u mogućnosti da sekvencira 100 miliona nukleotida za šest sati.

Kako on radi?

Prikaz prolaska molekula DNK kroz nanoporu, foto: Wikimedia
Prikaz prolaska molekula DNK kroz nanoporu, foto: Wikimedia

Uređaj se sastoji iz specijalno dizajniranog proteina-nanopore koji u sredini ima šupljinu širine 1-2 nm koji je umetnut u sintetičku membranu, koja po svojim električnim osobinama (veliki otpor protoku jona Na+/K+ kroz nju) jako nalikuje na prirodne membrane koje obavijaju naše ćelije. Kada se primeni razlika potencijala na dve različite strane membrane, doći će do protoka jona kroz šupljinu nanopore, i taj protok se može detektovati precizinim mernim instrumentima kao slaba struja. Naravno, ako nešto stoji na putu protoka jona, doći će do pada intenziteta struje, i upravo ovaj fenomen se koristi za sekvenciranje molekula DNK i RNK.

Pošto svako slovo šifre – nukleotidi A-adenin, T-timin, G-guanin i C-citozin imaju odgovarajuće hemijske strukture i oblik u prostoru, oni u različitoj meri zapušavaju poru pri prolasku kroz nju, i na ovo se superponira i niz karakterističnih hemijskih reakcija koje nukleotidi ostvaruju sa porom omogućujući da potencijalna energija sistema bude najniža, i tako daju karakteristične šablone struje za svaki nukleotid.

Dodavanjem u rastvor proteina koji će da “nađu” molekul DNK, da ga dovedu do pore, i pošto je molekul u formi dvostruke zavojnice, da ga “otvore” tako da on prolazi kroz poru dobijamo veoma brz i jednostavan sistem sekvenciranja koji ne zahteva prethodno umnožavanje količine molekula DNK u tzv. PCR reakciji kao konvencionalne , do sad korišćene metode.

Prikaz promene intenziteta struje tokom prolaska različitih molekula kroz poru, foto: Wikimedia
Prikaz promene intenziteta struje tokom prolaska različitih molekula kroz poru, foto: Wikimedia

Princip koji ovaj uređaj, nazvan MinION, koristi omogućava i prepoznavanje nestandardnih baza (inozin, uracil) i modifikovanih baza unutar DNK kao što je 5-metil citozin, koji je jedan od glavnih epigenetskih regulatora ekspresije gena, tj, određivanja da li će se neki geni čitati ili ne, i čiji su razni poremećaji povezani sa velikim brojem ozbiljnih bolesti, uključujući i kancer .

Za razliku od starog načina “traženja” 5-metil citozina po genomu- bisulfitnog sekvenciranja koje može često dovesti do degradacije molekula DNK, MiniION nas dovodi jedan korak bliže personalizovanoj medicini, olakšavajući sam proces sekvenciranja, i omogućavajući da sekvenciranje DNK u budućnosti potencijalno bude jedno od osnovnih oruđa lekara.

Nauka

Beograd dobija Naučni klub

Naučni klub u Beogradu biće otvoren 6. aprila u Ulici kralja Petra. U njemu će svakodnevno biti organizovane naučne radionice i predavanja za decu i odrasle, najavili su organizatori.

Nauka četvrtak 30.03. 11:34 Komentara: 2

Kojom bojom govorite?

Njutnova ideja da među sedam osnovnih boja uvrsti indigo, danas deluje neobično. Međutim, fizičar Geri Valdman tvrdi da Njutn boje nije nazivao identičnim imenima kao što mi danas činimo, a indigo boja je unela mnoge dileme pa se tako nekada nalazi na spisku boja duge a nekada ne. Da li to što je Njutn boje nazivao drugačije nego oni koji govore engleski u 21. veku znači da ih je drugačije i opažao?

Nauka utorak 28.03. 19:58 Komentara: 5

Koliko prave nauke ima u naučnim časopisima?

Grupa istraživača poslala je lažne radne biografije na adrese 360 naučnih časopisa u ime izmišljenog poljskog doktora, čije je ime prevedeno s poljskog jezika glasilo Dr Prevara (engl. Dr. Fraud). Čak 48 časopisa sa velikim zadovoljstvom je imenovalo lažnog doktora u svoj uređivački odbor.

Nauka petak 24.03. 17:55 Komentara: 5

Neverovatni snimci najmanjih živih bića

Mikroskopi nam omogućavaju da posmatramo čak i najsitnije postojeće predmete i bića, ali se ograničenja javljaju kod uočavanja pokreta. Nekada je potrebno da prođu sati, pa čak i dani da bi se neki pokret uočio.

Nauka četvrtak 23.03. 11:27 Komentara: 4

One pomeraju granice nauke

Povodom obeležavanja deset godina osnivanja Evropskog istraživačkog saveta (European Research Council, ERC), koji dodeljuje jedan od najprestižnijih grantova u okviru programa Horizont 2020. Evropske komisije, Institut BioSens, Institut za fiziku u Beogradu i Univerzitet u Novom Sadu priključili su se institucijama širom Evrope u organizovanju niza događaja kojim obeležavaju dosadašnje uspehe.

Nauka utorak 14.03. 08:16 Komentara: 0

Sedam planeta: Otkriće i posledice

Tri od sedam planeta koje su nedavno otkrivene imaju uslove u kojima se može zamisliti život, rečeno je na skupu "Sedam planeta, otkriće i posledice" u organizaciji Centra za promociju nauke.

Nauka sreda 8.03. 08:47 Komentara: 10

"Nauku finansiraju poreski obveznici"

Prošle nedelje Srbiju je prvi put posetio Robert-Jan Smits, generalni direktor Glavne uprave za istraživanje i inovacije Evropske komisije. Mada njegova poseta nije privukla veliku medijsku pažnju, ona je bila gotovo istorijska za naučnu zajednicu u Srbiji.

Nauka utorak 7.03. 08:15 Komentara: 7
strana 1 od 132 idi na stranu