Полимеразная цепная реакция.

Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – это альфа и омега молекулярной биологии. Если бы не этот метод, то ничего бы мы не знали про гены толком, не могли бы их клонировать нормально и вообще, читаешь "молекулярная биология", понимаешь ПЦР.

С помощью ПЦР диагностируют наследственные и вирусные заболевания, в криминологии именно этот метод лежит в основе «генетических отпечатков пальцев» и определении отцовства, также с его помощью клонируют гены и секвенируют (читают) ДНК, а также определяют наличие генномодифицированных продуктов в супермаркете. В общем как мы видим метод нужный, полезный и шорокораспространенный. И главное, простой до безобразия. Так что теперь решайте сами, хотите ли вы об этом знать или
.

Немного теории: ПЦР – это просто физическое копирование какого-либо куска ДНК. В основе метода лежит свойство одного фермента, который называется ДНК полимераза, синтезировать новый такой же кусок ДНК на уже имеющейся ДНК-матрице. ДНК-матрица может быть просто любая геномная ДНК, но какой именно кусок мы будем копировать, определяют затравки, о которых чуть ниже.

Сначала сделать так, чтобы ДНК-матрица расплелась и разъеденилась на отдельные цепи (мы помним, что это двойная спираль). Это делается простым нагреванием до
95°C на 30 секунд.

ДНК полимеразе для начала синтеза надо затравку, чтобы за что-то уцепиться. Такие затравки называются
праймеры. Фактически это и есть главное в реакции. Праймеры должны сесть комплементарно на ДНК-матрицу с обеих сторон куска ДНК, которого мы хотим накопировать (
амплифицировать). Поэтому для выбора праймеров мы должны уже знать все про кусок, который мы копируем (то есть его нуклеотидную последовательность). Праймеры обычно небольшие, по 20 нуклеотидов и одноцепочечные. Чтобы праймеры сели на раскрученную ДНК, температуру реакции понижаем градусов до
55° тоже на 30 секунд.

После того, как праймеры сели на ДНК-матрицу, поднимаем температуру до
72 °C и тут в работу вступает ДНК полимераза и синтезирует новую цепь. Для этого ей пожалуй достаточно одной минуты. Готово. У нас была одна двуспиральная нить ДНК, теперь у нас две точно такие же.

Дальше делаем вот что. Просто повторяем этот цикл еще раз. В результате из двух нитей ДНК у нас получается уже четыре. Теперь еще раз. Получаем восемь. Таким образом после 20 циклов у нас достаточно копий, чтобы увидеть ДНК на электрофорезе вооруженным глазом.

Чтобы красиво все себе представить я не придумала ничего лучшего, как отправить вас посмотреть красочную
анимацию. На мой взгляд просто, красиво и со вкусом. Потом можно еще раз перечитать, что я тут написала.

Понятно, что постоянное повторение цикла можно попробовать как-то автоматизировать. Для этого придумали ПЦР-машины.

Выглядят они вот так:

Теперь представим, что у нас есть организм, содержащий вирус или чужеродную ДНК. Мы можем определить ее наличие, накопировав из геномной ДНК кусок, кодирующий этот самый вирус или чужеродную ДНК. Для этого достаточно выбрать соответствующие праймеры.

Итак, в пробирочку сливаем:

1. ДНК-матрицу (10 нанограмм, иногда достаточно одной молекулы) . Это может быть ваша ДНК и вашего соседа, экстракт ДНК из трансгенной сои.

2. Праймеры.

3. Нулеотиды. Это те самые строительные "кирпичи" для ДНК.

4. ДНК-полимеразу. Как правило это полимераза из термофильной бактерии, чтобы успешно переживать высокие температуры.

5. Буфер. Это фактически среда, где проходит реакция.

Пробирочки нам для этого надо будет маленькие. Потому что эта реакция проходит в каких–то 20 микролитрах.

Ставим эти пробирочки в ПЦР-машину и запускаем 20 циклов. Идем пить кофе и читать ЖЖ.

Через примерно часик идем назад в лабораторию, и все содержимое пробирок наносим на электрофоретический гель, точно так же, как мы смотрели в прошлый
раз.

Включаем и опять идем пить кофе. Через некоторое время смотрим в ультрафиолете, что у нас получилось:



В некоторых пробах видно белые полосочки, это и есть ДНК, которая наамплифицировалась в результате ПЦР (понимаю, что звучит ужасно. Но это лабораторный слэнг). Она же обозначена стрелкой. Как видно, в некоторый пробах ее нет. Значить пробы не содержали соответствующей ДНК-матрицы. Это называется ПЦР-негативный результат. В диагностическом ПЦР говорит об например отсутствии вируса куриного гриппа в пробах или ГМО в продуктах.

Самое Новое Свежее Последее Открытие в Молекулярной Биологии

Пожалуй, поиск по слову "миртрон" в русскоязычной версии Гуггла ничего толкового вам пока еще не выдаст. Но с сегодняшнего дня все изменится. Прошу любить и жаловать! Итак, знакомьтесь,
МИРТРОН!

Чтобы понять, что такое "миртрон" , надо знать, что такое miRNA. Для тех, кто еще не в курсе рассказываю на пальцах, для тех кто в курсе просто

Что такое мРНК все уже знают. мРНК синтезируется в ядре, транспортируется в цитоплазму, где на нее садятся рибосомы и синтезируют белок, считывая код.

Но обнаружилось, что существуют системы, которые разрушают мРНК до того, как начался синтез белка. Например, белок оказался для клетки срочно ненужным. В этом случае быстренько включаются системы оперативной деградации.

Для этого ситнезируется хитрая мРНК (pri-miRNA), которая никаких белков сама по себе не кодирует, а образовывает такие себе шпильки на 20-25 нуклеотидов, которые вырезаются ферментом Drosha. Секрет этих небольших шпилек заключается в том, что они комплементарны до мРНК, котрую надо срочно разрушить. Они быстренько транспортируются в цитоплазму, их подхватывает большой ферментный комплекс RISC и находит предназначенную для разрушения мРНК. Эти шпильки как бы "показывают пальцем", которую мРНК надо немедленно порезать на куски.



Сначала это считалось не таким уж частым явлением, но потом их стали находить все больше, вырисовалась какая-то система, классификация.

Теперь вот обнаружилось, что некоторые
интроны содержат в себе некоторые последовательности, которые очень подозрительно смахивают на потенциально шпилечные структуры. То есть на отдельная мРНК, которая кодирует pri-miRNA, а как раз то, что лежит припрятано в самых нормальных генах и потом оттуда вырезается и выбрасывается за недадобностью. Видимо не совсем выбрасывается. Если надо, то это вполне себе может пригодиться для качественной деструкции.

Ну и вот. Оказывается да, работают. Еще как. Назвали эти хитрые интроны миртронами и говорят, что теперь надо искать дальше. Уж больно интересно, как они эволюционировали и откуда взялись.

Химические часы.

Вам не интересна химия? Тогда я уже иду к вам!

В 1951 г химик Белоусов обнаружил интересную реакцию (окисление малоновой кислоты броматом калия, катализируемое солями церия), при которой течение реакции меняется со временем и раствор периодически меняет цвет от бесцветного (Ce+3) к жёлтому (Ce+4) и обратно. Этот процесс назвают автоколебанием, или другими словами химической самоорганизацией в неравновесных условиях. Особый интерес эта реакция представляет тем, что автокаталитические процессы, во время которых продукт катализирует синтез самого себя, лежат в основе жизни.

С тех пор найдены и другие похожие реакции. Особенно эффектно выглядит реакция
Бриггса-Раушера или «йодные часы». При взаимодействии пероксида водорода, йодноватой кислоты, сульфата марганца (II), серной и малоновой кислот и крахмала возникает колебательная реакция с переходами
синий — золотой — бесцветный.

http://l.lj-toys.com/?auth_token=sessionless%3A1491292800%3Aembedcontent%3A13257115%262%26%260%26youtube%26Ch93AKJm9os%3A7bb51c9a68aaee742d7a14bd8b02fbe509059047&source=youtube&vid=Ch93AKJm9os&moduleid=2&preview=0&journalid=13257115&noads=

The Bouncing Jet

Если взять растительное масло и тонкой струей лить тоже на поверхность растительного масла, которое вращается, то при определенной скорости вращения струя развернется в толще и "выскочит" назад. А потом еще раз.



Такой элегантный и в общем-то воспроизводимый даже в домашних условиях эксперимент по ставили физики
Matthew Thrasher и Sunghwan Jung.

На видео это выглядит просто
.

http://l.lj-toys.com/?auth_token=sessionless%3A1491292800%3Aembedcontent%3A13257115%261%26%260%26youtube%26BVpGCy5ZdZc%3A3400df6054e42d68aec6105a93154f84c05b16b1&source=youtube&vid=BVpGCy5ZdZc&moduleid=1&preview=0&journalid=13257115&noads=

Еще видео неугомонных "струйных" физиков можно посмотреть
здесь,
здесь и
здесь.

Последний писк в исследовании механизмов работы плацебо.

Справка:
Плаце́бо (лат. placebo, букв. — «лесть», «понравлюсь») — физиологически инертное вещество, используемое в качестве лекарственного средства, положительный лечебный эффект которого связан с подсознательным психологическим ожиданием пациента.

Пример: Большая дорогая фирменная таблетка из рук шеф-доктора статистически действует эффективнее маленькой и дешевой из рук медсестры.

Эффект плацебо известен давно, используется как в доказательной медицине, так и в особо мошеннической терапии. Известно, что уровень положительного плацебо в популяции лежит в пределах 5-10%, кое-то говорит, что и больше, просто надо правильно это плацебо предлагать. Механизм его работы до конца не ясен, тем интереснее новые сообщения об исследованиях в этой области. До недавнего считалось, что эффект плацебо, связанный с антиболевыми свойствами, зависит от продукции организмом собственных опиатоподобных
субстанций.

Теперь новое сообщение того же
Jon-Kar Zubieta. На сей раз он локализовал участок мозга, который вроде как ответственный за реализацию эффекта плацебо и активируется в ответ на "обманку". Это оказался тот самый участок, который ответственный за приятные ощущения в процессе ожидания чего-то хорошего, или он же активируется в процессе азартной игры с хорошим вознаграждением, или опять таки, он же ответственный за выработку наркотической зависимости. Называется он nucleus accumbens. Если он активируется плохо, то плацебо не действует.

Таким образом теоретически можно существенно повысить эффективность плацебо, заранее активировав этот участок мозга. Например перед применением плацебо предложить поиграть а рулетку. Вполне вероятно, что химически его тоже можно активировать. Но в этом случае Jon-Kar Zubieta предупреждает о возможных удивительных побочных последствиях: не станет ли пациент при этом увлеченным бездумным азартным игроком?

Наверное интересно проверить распространение в человеческой популяции степень и эффективность активации nucleus accumbens.

Возможно ли этнически-ориентированное биологическое оружие?

Беглый осмотр обзорных статей по биологическом оружию в свете новых достижение биотехнологии и генетической инженерии вскрыл несколько основных направлений.

1. Создание новых и усовершенствование уже имеющихся вирусов и микроорганизмов.

2. Изучение основных путей их передачи, а также разработка вакцин и противоядий.

3. Разработка нелетального био-оружия, направленного на разрушение и деградацию органических соединений (например топлива).

4. Оценка возможности создания популяционно направленого
.

Что касается первых двух пунктов, то сегодня фактически любая страна имеет и финансовый, и интеллектуальный потенциал для создания и выпускания на волю нового болезнетворного вируса. Например, вирус полиомиелита теоретически можно воссоздать, скачав из интернета геномную последовательность. Что касается, например, вируса оспы, который хранится сейчас только в двух лабораториях мира, то пока в интернете его последовательности нет. Но ничто не мешает поэкспериментировать с обезьяньей оспой. Однако любой из вирусов, который рассматривается как потенциальное биооружие должен отвечать основным требованиям: продукция в большом количестве, он должен действовать быстро, не быть зависимым от условий окружающей среды, заболевание должно или лечиться или надо наличие вакцины для защиты своих же людей. В общем это все отдельная история и яне хочу останавливаться на этих пунктах.

Фактически то же касается и третьего пункта, скажу только, что например разрабатываются эфективные методы биологического уничтожения посевов опийного мака и конопли.

Ну и фактически четвертый пукт это как раз то, ради чего я затеяла этот разговор.

Если вы спросите молекулярного биолога, что такое человеческая раса, он скорее всего скажет, что с точки зрения молекулярной биологии такого понятния нет. То есть как это понимать: социолог видит расу, антрополог успешно классифицирует, а молекулярный биолог говорит, что это ерунда. Но если есть внешние признаки, значит есть и гены, которые их кодируют. Было бы наивно опровергать, что хотя бы гены цвета кожи или волос, а также разрез глаз не различны (или как мы уже знаем, что это аллели).

Да, скажет, молекулярный биолог. Аллель, кодирующая цвет кожи или разрез глаз, может быть и различна. Вполне вероятно, что и еще некоторые, менее очевидные признаки, можно привязать к расе, например заболевание серповидноклеточной анемией или даже склонность к сердечно-сосудистым заболеваниям. Но вот что касается остальных алеллей и признаков, то различие внутри так называемой расы, будет куда сильнее, чем между расами.

Поскольку мы знаем, что такое популяция и как там ведут себя аллели в поколениях, то строго говоря мы не можем обособить такие группы хомо сапиенс, чтобы они и не мигрировали сами, и не принимали мигрантов со стороны, свободно скрещивались, не отдавая предпочтение. Наоборот, результаты большого
Thе Genografic Project говорят нам о постоянных
миграциях человеческой популяции, а видимые расовые различия носят вероятно приспособительный характер к условиям окружающей среды.

Однако совсем отказаться от понятия расы наверное невозможно. Все-таки существую определенные скажем, группы, которые хотя бы некоторый отрезок исторического времени отвечали критериям "популяции" и в результате имеют характерные только для этой группы аллели. Но надо не забывать, что на промежутке существования "популяции", там восстаналивалось алелльное равновесие Харди-Вайнберга, то есть рецесивные признаки, если против них не работает какой-либо отбор, никуда из популяции не делись. То есть мы всегда говорим о какой-то определенной вероятности, отличной от 100%.

Действительно, если взять карту мира и нанести на нее встречаемости определенных генотипов, то карта каким-то образом структуризуется, но эти рамки не будут совпадать с ареалами заселения рас.

Например, ареал заселния традиционных антропологических рас…



отличается от ареала распространения групп крови…



и даже от ареала цвета кожи




А в самой африке ареал распространения генетической болезни серповидноклеточной анемии не коррелирует с цветом кожи, а коррелирует с ареалом распространения малярии (люди, страдающие серповидноклеточной анемией, более устройчивые к малярии)

Таких ареалов распространения генотипов можно нарисовать много, но уже очевидно, что они вряд ли кореллируют с расами или даже с более компактными этническими группами. Даже если предположить наличие характерного генетического признака для какой-то одной небольшой этнической группы, то вероятность того, что это будет именно тот фатальный жизненно необходимый функциональный ген, на который возможно направить усилие ученых-злодеев, очень-очень невелика. Значительно больше будет вероятность, что такая аллель присутствует еще у какой-то дружественной этнической группе.

Взамен понятия расы генетики предложили понятие
cline, которое более точно отображает понятие распространения какого-то фенотипического признака на определенном географическом ареале. И именно он считается перспективным в вопросах разработки "популяционно-ориентированной" медицины, а с точки зрения биологического оружия вряд ли, потому что генно-географические ареалы не перекрываются с культурно-политическими границами, и очень плохо даже с расово-этническими.

Игры в популяционную генетику.

Для того, чтобы плавно перейти от
индивидуальной медицины к этнически или расово-ориентерованной (или просто выяснить, существует ли такая принципиальная возможность) нам обязательно надо хотя бы по щиколотки забрести в популяционную генетику. В ней царят свои законы и правила, без понимания которых сложно прокомментировать запрет на вывоз биологических образцов.

Для начала определимся, что такое популяция. Точное определение термина "популяция", так же как и определение "гена", все время уточняется, исходя из последних научных открытий в генетике. Для простоты я все же выбрала опеределение Тимофеева-Ресовского, которое на мой взгляд не утратило актуальность и поможет понять законы, царящие в ней.

Итак, популяция – это совокупность особей одного вида, которые свободно скрещиваются, населяют определенное пространство в течении длительного времени и изолированы от других популяций сезонно, пространственно, физиологически или генетически. Так вот, распределение
аллелей в популяции описываются вполне строгой математической закономерностью, которая называется законом Харди-Вайнберга. Для понимания этого закона, мы не будем разбирать утомительное формулирование, а лучше сразу сыграем в игру
".

Для этой игры нам понадобится комплект для игры в шашки: 16 черных и 16 белых. Представим, что у нас черная шашка доминантный аллель, например карий цвет глаз, раз уж мы рассматривали этот случай, а белая – рецессивный (соответственно голубой). Берем две любые шашки, ставим из одна на другую. Это у нас будет генотип одной особи (мы помним, одна особь всегда имеет две аллели). Тепер строим популяцию из 16 особей на свой вкус. Например делаем 8 черных пар (дважды доминантных карих), и 8 белых пар (исключительно голубоглазых). Дальше "скрещиваем" их и смотрим, какое у нас получилось потомство.

Как это "скрещивание" выглядит на практике: берете все ваши шашечные пары, скидываете в кучу и тщательно перемешиваете. Затем завязываете себе глаза, чтобы избежать селекции и симпатии к голубоглазым, начинаете выбирать по две шашки наугад и складывать попарно в новое поколение. Когда все 32 шашки попарно разложены в 16 новых особей, развязываете себе глаза и смотрите, что у вас получилось. Вы будете наверное удивлены, но у вас наверняка получится 4 полностью черные пары, 4 полностью белые и 8 чернобелые. Можете опять все перемешать и опять попаровать с закрытыми глазами. И я вас уверяю, что у вас опять будет то же самое: 4 полностью черные пары, 4 полностью белые и 8 чернобелые. Если взять два комплекта шашек, перемешать и попаровать таким образом, получим 8 черных пар (карие), 8 полностью белых (голубые) и 16 чернобелых (карие). Какое-то время вас будет это все удивлять, но примерно с 10-го раза вы вероятно привыкните и воспримете это как неизбежный закон природы. В общем уже просматривается закономерность, не так ли?

Хорошо, это мы рассматривали случай, когда частота белых и черных алеллей равна (количество белых и черных шашек). А что если у нас в сугубо кареглазую популяцию занесло парочку голубоглазых особей? Берем 40 штук шашек: 24 черных и 16 белых и строим 8 полностью черные пары (кареглазые), 8 чернобелые (тоже кареглазые) и 4 белые (голубоглазые). Теперь опять завязываем себе глаза, перемешиваем и опять паруем по две. Открываем глаза и что мы видим: у нас получилось 7 полностью черных, 10 чернобелых и 3 белых. Дальше мы можем сколько угодно перемешивать и паровать, у нас все равно буде наблюдаться это соотношение. Однако никакого волшебства и мошенничества.

Итак, какая бы ни была исходная комбинация аллелей в популляции, все-равно через некоторое количество поколений установится определенное закономерное равновесие, которое можно выразить математически.

Давайте выразим эту закономерность в формуле и будем считать, что закон Харди-Ванберга у нас в голове.

Итак, частоту встречаемости доминантного аллеля
А (черного) выразим как
p, а частоту встречаемости рецессивного алллеля
а (голубого) как
q. Например у нас в популяции всего 32

шашки
аллеля: 16 черных
А и 16 белых
а. Таким образом частота встречаемости доминантного аллеля
А

черной шашки

p=16/32=0.5, ну и с частотой встречаемости

белой шашки
рецессивного аллеля
а такая же история:
q=16/32=0.5 (ну или 1-0.5, кому как приятно считать).

Теперь я вам скажу, что эти частоты встречаемости генотипических классов (попарованных шашек) выражаются формулой:

p
2АА+2
p
qАа+
q
2аа

Это как раз так формула, по которой я узнала, что у вас получится в результате ваших слепых манипуляций с одним комплектом шашек в самом начале рассказа: 0.5
2АА+2*0.5*0.5Аа+0.5
2аа=
0.25AA+0.5Aa+0.25aa

Подведем итог:

0.25 (частота встречаемости черной пары АА)*16 (всех шашечных пар)=4 черные пары АА

0.5 (частота встречаемости чернобелой пары Аa)*16 (всех шашечных пар)=8 чернобелые пары Аа

0.25 (частота встречаемости белой пары аа)*16 (всех шашечных пар)=4 белые пары аа

Однако это все работает для популяции при трех важных условиях:

1. популяция достаточно большая и изолированная

2. скрещивание свободное и непредвзятое, то есть нет моды на голубоглазых и какого-либо отбора

3. мы не берем во внимание возниконовение мутаций

Вот тепер мы вплотную приблизились к рассмотрению понятия расы или этнической группы (или популяции, как хотите) с точки зрения антрополога, социолога и генетика.