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10 cose incredibili che gli scienziati hanno fatto con il DNA per la prima volta
Il mondo del DNA è come il buco del coniglio proverbiale. Ogni passo porta a scoperte meravigliose e persino spaventose. Più i ricercatori esplorano e padroneggiano le molecole della vita, allo straniero le imprese scientifiche diventano.
Le linee tra biologia e tecnologia si confondono in modi mai realizzati prima, a volte in peggio. Ma il DNA porta anche risposte semplici a malattie complesse, memorizza il file dispari e può persino disegnare il volto di un criminale.
10 circuiti viventi
Quando gli scienziati hanno sognato un nuovo modo di guardare le molecole e i processi delle cellule, una cosa si è fermata sulla loro strada. L'idea era di costruire un dispositivo del DNA che agisse come un circuito che poteva essere acceso e spento. Il problema era che l'elettricità doveva capovolgere l'interruttore.
I ricercatori hanno infine risolto il problema quando gli antrachinoni sono stati inseriti in piccoli tratti di DNA. Questo composto naturale era felice di adattarsi all'impianto e aveva un tratto speciale. Attiva un evento chiamato reazioni redox.
Durante il redox, gli elettroni caricano determinate molecole mentre abbandonano gli altri. Il risultato è un impulso elettrico. Quando stimolati con una punta di elettrodo, gli antrachinoni hanno svolto il lavoro perfettamente. A seconda del numero di elettroni catturati, i circuiti si fermavano o conducevano una corrente.
Gli interruttori, ciascuno mille volte più sottili di un singolo capello, aprono la strada a dispositivi molecolari microscopici. Adattamenti di questo codice genetico alterato potrebbero consentire di studiare le reazioni chimiche all'interno delle cellule in un modo che non è mai stato fatto prima, con un'attenzione particolare a quelle legate alla malattia.
9 Il DNA Shot che cura la zoppia
Un cavallo da corsa zoppo affronta l'eutanasia, spesso con una grande perdita finanziaria per il proprietario. Questo è molto comune con i cavalli che cadono o invecchiano, ma i trattamenti convenzionali sono lunghi e non garantiscono la qualità della vita in seguito.
Recentemente, questo temuto problema è stato battuto con una semplice siringa. Gli scienziati hanno scelto due geni e li hanno iniettati nelle gambe di cavalli zoppi. I risultati sono stati sbalorditivi. Non solo le ferite sono guarite, ma dopo due mesi, i cavalli sono tornati in pista e gareggiano in modo competitivo.
I geni rivoluzionari VEGF164 e BMP2 sono stati iniettati direttamente nei legamenti e nei tendini danneggiati. Il DNA ha incoraggiato lo sviluppo di nuovi vasi sanguigni, ossa e cartilagine che hanno lasciato i tessuti come nuovi.
La terapia non è ancora un'opzione tradizionale, ma promette di essere un punto di svolta, sia negli ambienti veterinari sia per gli umani. I cavalli di prova sono rimasti in condizioni ottimali un anno dopo aver ricevuto i colpi, innescando la speranza che lo stesso tipo di recupero possa un giorno aiutare le persone con tendini, legamenti e persino lesioni spinali.
8 Un gancio che trova esseri umani
L'albero genealogico umano rimane incompleto nonostante decenni di ricerca. Gli antropologi possono solo studiare ciò che è disponibile, e gli scheletri primi umani e altri ominidi sono pochi. Tuttavia, una nuova tecnica può ora trovare il DNA antico senza i corpi.
La sporcizia è stata raccolta da Belgio, Croazia, Francia, Russia e Spagna e filtrata per il DNA umano. Per aumentare le probabilità, tutti gli 85 campioni provenivano da siti archeologici di 14.000-550.000 anni. I test hanno aperto una cateratta di geni.
In un cucchiaino di sabbia apparvero trilioni di frammenti di DNA. I rinoceronti lanosi, i mammut, gli orsi delle caverne e le antiche iene ingombravano la ricerca di ominidi. Per eliminare questo rumore genetico, i ricercatori sono andati a pesca. Hanno creato una sorta di gancio dal DNA mitocondriale moderno. Dal momento che apparteneva a un essere umano, il gancio sollevava solo il DNA simile dai geni intrecciati.
Sorprendentemente, lo strumento molecolare ha intrappolato i fili di Neanderthal da luoghi in cui né le loro ossa né gli strumenti sono mai stati trovati. Persino il DNA di un antenato estremamente raro, i Denisovani, si presentò. La tecnica dell'uncino può rispondere a domande di vecchia data su quali siti e artefatti appartenessero agli umani o ai Neanderthal e può persino trovare ominidi completamente sconosciuti.
7 geni del pennello
Quando gli scienziati cacciavano il complesso DNA dietro le intricate ali delle farfalle, erano sorpresi. Invece della rete di geni prevista, ne hanno trovati solo due. Chiamato WntA e optix, uno si comportava come un pastello disegnando i contorni di un'immagine mentre l'altro lo colorava.
Studi precedenti sospettavano il coinvolgimento artistico della coppia e che l'optix era legato al rosso e all'arancione. Tuttavia, la loro influenza esclusiva è venuta alla luce solo quando gli scienziati hanno iniziato a giocare con questi cosiddetti "geni del pennello".
Quando WntA era disabilitato, l'ordine svaniva. Le linee si affievolivano, i colori fluivano l'uno nell'altro e i disegni scomparivano. Disattivare optix era ancora più interessante. Le farfalle sono diventate grigie o nere, anche su parti del corpo diverse dalle ali.
Una svolta inaspettata si è verificata nel caso della comune farfalla buckeye. Macchie di iridescenza blu punteggiavano le ali dove prima non ce n'erano. Poiché l'iridescenza è un cambiamento strutturale delle scaglie dell'ala, ha dimostrato che l'optix influenza anche la pigmentazione a livello fisico.
Entrambi i geni sembrano aver istigato importanti cambiamenti e abilità evolutive, incluso il mimetismo come difesa.
6 Chirurgia su embrioni
Nel tentativo di curare una pericolosa malattia del sangue, gli scienziati cinesi hanno creato embrioni umani in laboratorio. Nel 2017, il progetto ha coinvolto embrioni e tessuti clonati prelevati da un paziente affetto da beta-talassemia.
Come molte malattie genetiche, la beta-talassemia è causata da un problema tecnico nelle basi del DNA di una persona. Il codice genetico umano consiste di quattro basi: adenina, citosina, guanina e timina (A, C, G e T). Contengono l'intero manuale per formare un essere umano e far funzionare il corpo.
Una singola base anormale è chiamata mutazione puntiforme. Questi sono stati collegati a due terzi delle malattie genetiche. Per trovare la mutazione puntuale della beta-talassemia, gli scienziati hanno scansionato i tre miliardi di "lettere" del codice genetico umano per trovare il problema.
Si è scoperto che si trattava di una persona fuori luogo G. Una tecnica chiamata modifica base l'ha sostituita con la corretta A e ha curato la prima malattia a livello di DNA. In futuro, il sistema editor di base può potenzialmente dare risultati positivi con altre malattie ereditarie.
5 Una pelle sacrificale
Gli adoratori del sole potrebbero presto abbronzarsi senza preoccuparsi dei danni alla pelle. I raggi ultravioletti (UV) del Sole possono distruggere il DNA e i rischi di cancro del sole sono ben noti.
Nel 2017, gli scienziati hanno avuto un'idea geniale. Una crema solare prodotta dal DNA dello sperma di salmone assorbe i danni UV quasi come se fosse una seconda pelle. Più lungo il sole lo colpisce, meglio funziona. Coloro che amano arrostire per ore non devono nemmeno preoccuparsi della pelle disidratata. Il film di pesce mantiene l'umidità dentro.
L'applicazione, che include acqua ed etanolo, potrebbe avere usi più ampi rispetto alla semplice protezione solare. Il materiale incolore potrebbe essere usato come medicazione per le emergenze o per le ferite. La sua natura cristallina consentirebbe anche ai medici di monitorare la guarigione senza dover rimuovere la copertura.
4 DNA può contenere musica
Per aiutare a risolvere il problema del deposito di informazioni nel mondo, gli scienziati si sono rivolti al DNA. Volevano dimostrare che nessun altro mezzo poteva eguagliare la sua capacità o durata.
Recentemente, due spettacoli musicali: "Smoke on the Water" dei Deep Purple e "Tutu" di Miles Davis sono stati scelti per diventare file di DNA. Il loro codice binario, il linguaggio digitale composto da 1 e 0, è stato convertito nelle basi genetiche (A, C, G e T).
A loro volta, le basi sono state create e organizzate sinteticamente per abbinare le sequenze binarie della musica. Le canzoni coprivano 140 MB su un disco rigido. Ma dopo essere diventati DNA, hanno fatto a malapena un punto. I file sono stati recuperati invertendo il processo e nessun segmento è stato danneggiato.
La natura universale del DNA significa che più della semplice musica può essere immagazzinata in questo modo. Altre informazioni che i ricercatori hanno trasformato in genetica includevano un film, un virus informatico e un intero sistema operativo per computer.
La densità del sistema potrebbe un giorno contenere tutti i dati della Terra in una singola stanza. Nelle giuste condizioni, i file genetici potevano durare per millenni.
3 Disegnare i volti dei trasgressori
I criminali con informazioni genetiche archiviate nei database hanno motivo di detestare il DNA che hanno versato nelle scene del crimine. Una partita può farli rapidamente condannare. Uno dei principali problemi riguarda i trasgressori senza precedenti. Se una scena del crimine è cosparsa di geni anonimi, i casi rischiano di diventare freddi.
In una mossa rivoluzionaria, una nuova tecnica legale può compilare il volto di un criminale basato sui suoi resti genetici. Chiamata fenotipizzazione del DNA, può dire agli investigatori il vero colore dei capelli, l'ombra della pelle e degli occhi, l'ascendenza geografica e dettagli più fini come le lentiggini.
C'è solo così tanto che i geni possono rivelare l'aspetto fisico di qualcuno. Per perfezionare la tecnica e ottenere maggiore accuratezza su cose come le caratteristiche facciali, sono stati scansionati i volti e il DNA dei volontari. Il software cercò quindi connessioni tra i loro punti genetici e le forme di mascelle, guance e nasi.
I modelli identificati rendevano la fenotipizzazione capace di fornire informazioni sufficienti per compilare foto segnaletiche digitali. Il rovescio della medaglia, è stato anche usato per aggiungere più dettagli ai teschi di vittime non identificate.
2 Gene Theft
Un organismo acquatico chiamato tardigrade ha recentemente portato stranezze genetiche al livello successivo. Il genoma della creatura è stato sequenziato per scoprire di più sulle sue super abilità. Questi invertebrati microscopici possono sopravvivere allo spazio, temperature di congelamento e punto di ebollizione, pressione incredibile, radiazioni e un decennio senza cibo e acqua.
La ragione potrebbe essere la capacità del tardigrado di rubare i geni da altre forme di vita. Gli animali e gli esseri umani subiscono questo processo, che è chiamato trasferimento genico orizzontale, principalmente attraverso virus. La maggior parte delle specie ha l'1% di DNA estraneo mentre il tardigrado accumula il più grande carico mai trovato - il 17,5 percento.
La stima di 6.000 geni in camicia apparteneva a batteri, funghi, piante e archaea. I tardigradi hanno un meccanismo di sopravvivenza dove si asciugano. Questo frattura il loro DNA. Durante la reidratazione, il genoma riassembla e, eventualmente, assorbe i bit alieni in questo modo.
Quelli trasmessi alla generazione successiva rendono i tardigradi più duri. In particolare, i geni batterici sono più resistenti in condizioni estreme rispetto ai geni animali. Un altro studio ha trovato solo 500 geni rubati, suggerendo che il sovraccarico di 6.000 potrebbe essere una contaminazione del campione. Anche così, il tardigrado sta cambiando ciò che sappiamo sull'evoluzione e l'eredità genetica.
1 DNA può hackerare computer
Ciò che sembra una trama di film inverosimile è stato realizzato nella vita reale: gli scienziati hanno hackerato un computer usando il DNA. Nel 2017, l'Università di Washington ha preso il malware e lo ha codificato in basi sintetiche del DNA.
Il salto da biologico a digitale è avvenuto quando un computer ha sequenziato il filo. Quando il software ha cambiato le combinazioni A, C, G e T nel codice del computer, il virus è stato rilasciato e ha dato ai ricercatori il pieno controllo remoto del computer. Mentre questa marca di hacking non viene utilizzata al momento, potrebbe essere solo una questione di tempo.
Lo scopo della bizzarra infezione era di mettere in evidenza la preoccupazione che le apparecchiature di sequenziamento, specialmente quelle che utilizzano software open source, fossero vulnerabili a tali attacchi.Poiché il sequenziamento del DNA e i database genetici sono di grande valore per molti campi scientifici, il malware fornito in questo modo potrebbe causare danni non quantificati.