CHITAT-KNIGI.COM
Читать бесплатно хорошую книгу!
  • Главная
  • Жанры
  • Авторы
  • ТОП книг
  • ТОП авторов
  • Контакты

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир

Часть 48 из 73 Информация о книге
Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_105.jpg

Шарики и ДНК плавают в водном растворе. Если смешать его с маслом, при взбалтывании или в потоке образуются окруженные маслом капли раствора, заключающие в себе не более одного шарика и размером не сильно его превосходящие.

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_106.jpg

Те самые «якоря» на поверхности шариков служат праймерами для инициации синтеза цепи ДНК, комплементарной взаимодействующему с якорем фрагменту. В каждой капле раствора содержится все необходимое для ПЦР [52]: ДНК-полимераза, нуклеотиды и праймеры для последующих раундов репликации. Так в капле можно создать около миллиона копий исходного фрагмента. По окончании репликации капли собирают вместе и добавляют к ним мыло или спирт, чтобы уменьшить силу поверхностного натяжения, благодаря которой каждая капля в масле оставалась изолированной (см. главу 11). Капли сливаются, и раствор течет по плашке с крошечными лунками диаметром чуть больше шарика. В результате в каждую лунку попадает по одной сфере, покрытой множеством одинаковых двуцепочечных ДНК; одна из цепей каждого дуплекса удерживается на шарике якорными праймерами. Когда мы плавим эту ДНК и смываем высвобожденные нити, у нас остается множество распределенных по лункам сфер, каждая из которых покрыта своим типом леса из идентичных однонитевых ДНК.

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_107.jpg

Теперь можно приступать к пиросеквенированию и фиксировать в каждой лунке вспышки света. Они возникают то и дело по мере синтеза цепей ДНК, комплементарных миллиону связанных с шариком матриц. Соответственно, вспышки эти в миллион раз ярче, чем при испускании света одной молекулой ДНК. Если в последовательности ДНК несколько раз подряд повторяется одна и та же буква, яркость вспышки растет пропорционально числу повторов (до некоторого предела): двойная А, например, дает вспышку вдвое ярче. Ученые, а точнее их аппараты, фиксируют последовательность и интенсивность световых сигналов и таким образом читают ДНК.

Эта сложная схема действительно работает и благодаря приемлемой надежности стала первым коммерциализированным методом секвенирования нового поколения: в 2005 году его вывела на рынок компания 454 Life Sciences. Примерно за 500 тысяч долларов можно было купить прибор для пиросеквенирования, выдающий в виде длинной череды букв нуклеотидную последовательность загруженной в него ДНК6. При такой стоимости вы вряд ли украсили бы им свою гостиную, но исследовательским институтам среднего размера он был вполне по карману. (Для сравнения: в 2005 году дом в США можно было купить в среднем за 240 тысяч долларов.) Сегодня пиросеквенаторы не продаются: их уже успели вытеснить новые, не менее впечатляющие технологии.

В близком к пиросеквенированию методе – полупроводниковом секвенировании – ставка делается на другой элемент, высвобождаемый при встраивании нуклеотида в растущую нить ДНК7. Он настолько мал и вроде бы незначителен, что опора на его детекцию кажется совсем уж удивительной. Это одиночный протон. Все, что окружает нас, состоит из протонов, нейтронов и электронов. Легчайший из химических элементов, водород, представляет собой совокупность одного положительно заряженного протона и одного отрицательно заряженного электрона. Одинокий протон и того меньше. Обнаруживать его быстро и надежно позволяет совершенно не биологическая технология – транзистор.

Транзисторы – основные компоненты электрических схем мобильных телефонов, компьютеров и несметного числа других электронных устройств. В каждом транзисторе электрический ток течет от одной точки к другой, ориентируясь на указания, поступающие из третьей точки, примерно как движение речных судов подчиняется командам оператора разводного моста. В так называемых полевых транзисторах контролирующим фактором выступает электрическое поле – например, поле протона, находящегося вблизи поверхности транзистора.

Как и при пиросеквенировании, шарики, покрытые фрагментами клонированной ДНК, распределяются по отдельным микролункам. Но эти лунки размещены на полупроводниковом чипе, где у дна каждой из них работает особый полевой транзистор. Вместо вспышек света здесь регистрируются импульсы электрического тока [53]. Эту технологию коммерциализировала компания Ion Torrent, основанная весьма продуктивным биотехнологом Джонатаном Ротбергом, который раньше возглавлял 454 Life Sciences. Ion Torrent представила свой секвенатор Personal Genome Machine в 2010 году8. Он умещался на столе и стоил всего 50 тысяч долларов – меньше удвоенной средней стоимости нового автомобиля в том же году.

Однако господствующая технология секвенирования нового поколения полагается на искусную химическую модификацию ДНК, а не на замысловатую детекцию встраивания нуклеотидов9. Как вы помните, в секвенировании по Сэнгеру рост новой цепи ДНК прерывается присоединением модифицированного нуклеотида. К концу 1990-х созрело более гибкое решение – обратимо терминирующие и флуоресцирующие нуклеотиды. Во время репликации, то есть синтеза комплементарной цепи, изучаемого ДНК-фрагмента ученый вводит модифицированные A, Ц, Г или T, каждый из которых флуоресцирует уникальным цветом и обрывает дальнейшее наращивание цепи [54]. После отмывки образца от не встроившихся молекул ученый с помощью лазера регистрирует цвет только что добавленного в цепь нуклеотида. Флуоресцирующий участок и участок, блокирущий работу полимеразы, крепятся к нормальному «телу» нуклеотида цепочкой из атомов, которую можно химически расщеплять. После обработки расщепляющими агентами ученый получает обычную, без терминаторов и меток ДНК, готовую к присоединению следующего нуклеотида, и так процесс раз за разом повторяется. Как правило, реакции проводят на стеклянных плашках, усеянных кластерами реплицирующихся фрагментов ДНК, а камеры фиксируют цветовые вспышки, которые появляются и исчезают в каждом кластере.

Эта технология известна как метод Illumina – по названию компании, которая приобрела ее разработчика. Инструментарий для такого секвенирования стоит где-то от 100 тысяч до миллионов долларов в зависимости, например, от количества оснований, определяемых за одно прочтение. Как и в других технологиях секвенирования, нужно немало времени и денег, чтобы подготовить образцы ДНК, стеклянные плашки с образцами или другие платформы. Без учета расходов на покупку секвенатора прочитать миллиард ДНК-оснований методом Illumina стоит от 5 до 150 долларов, а методом полупроводникового секвенирования – около 10 тысяч долларов, и это существенно повышает привлекательность первого метода. Ниже я еще вернусь к вопросу стоимости, но хочу отметить, что все эти суммы в любом случае гораздо меньше тех 3 миллиардов долларов, которые ушли на секвенирование 3 миллиардов оснований в исходном проекте «Геном человека».

Читаем слова по одному

Провести черту между вторым и третьим поколениями методов секвенирования сложнее, чем между первым и вторым. Новые техники появляются не взрывоподобно, перемежаясь затишьями, а рождаются в результате непрерывной деятельности на множестве пересекающихся фронтов. Но все же есть удобный и относительно корректный с хронологической точки зрения способ выделить третье поколение: эти методы предполагают секвенирование одиночных молекул ДНК без их амплификации.

Так, в рамках одномолекулярного секвенирования в реальном времени (SMRT), выведенного на рынок компанией Pacific Biosciences, отдельные молекулы нетипичной ДНК-полимеразы фиксируют в наноячейках на кремниевой подложке с алюминиевым напылением и, прицельно освещая через дно, наблюдают за их работой10. Подложка обладает такими оптическими характеристиками, что флуоресцирующие разными цветами нуклеотиды видны только в момент их встраивания в растущую молекулу ДНК [55].

Перейти к странице:
Предыдущая страница
Следующая страница
Жанры
  • Военное дело 2
    • Спецслужбы 2
  • Деловая литература 81
    • Деловая литература 1
    • Корпоративная культура 4
    • Личные финансы 9
    • Малый бизнес 1
    • Маркетинг, PR, реклама 15
    • О бизнесе популярно 46
    • Управление, подбор персонала 6
    • Экономика 8
  • Детективы и триллеры 1352
    • Боевики 167
    • Дамский детективный роман 12
    • Детективы 414
    • Иронические детективы 101
    • Исторические детективы 240
    • Классические детективы 99
    • Криминальные детективы 93
    • Крутой детектив 64
    • Маньяки 9
    • Политические детективы 28
    • Полицейские детективы 149
    • Прочие Детективы 390
    • Техно триллер 2
    • Триллеры 643
    • Шпионские детективы 46
  • Детские 194
    • Детская образовательная литература 5
    • Детская проза 70
    • Детские остросюжетные 28
    • Детские приключения 97
    • Детские стихи 4
    • Прочая детская литература 34
  • Детские книги 299
    • Детская фантастика 114
    • Детские детективы 3
    • Книги для подростков 23
    • Сказки 106
  • Документальная литература 403
    • Биографии и мемуары 254
    • Военная документалистика 2
    • Искусство и Дизайн 7
    • Критика 6
    • Научпоп 6
    • Прочая документальная литература 32
    • Публицистика 136
  • Дом и Семья 99
    • Домашние животные 6
    • Здоровье и красота 18
    • Кулинария 14
    • Прочее домоводство 4
    • Развлечения 3
    • Сад и Огород 3
    • Спорт 3
    • Хобби и ремесла 4
    • Эротика и секс 50
  • Драматургия 39
    • Драма 38
    • Киносценарии 1
    • Мистерия 1
    • Трагедия 1
  • Жанр не определен 1
    • Разное 1
  • Компьютеры и Интернет 4
    • Базы данных 1
    • Интернет 1
    • Программное обеспечение 1
    • Прочая компьютерная литература 1
  • Любовные романы 15032
    • Исторические любовные романы 495
    • Короткие любовные романы 1294
    • Любовно-фантастические романы 6693
    • Остросюжетные любовные романы 382
    • Порно 46
    • Прочие любовные романы 33
    • Слеш 271
    • Современные любовные романы 6283
    • Фемслеш 27
    • Эротика 3337
  • Научно-образовательная 186
    • Альтернативная медицина 1
    • Астрономия и Космос 3
    • Биология 15
    • Биофизика 2
    • Биохимия 2
    • Ботаника 2
    • Военная история 2
    • Геология и география 3
    • Государство и право 1
    • Детская психология 4
    • Зоология 2
    • Иностранные языки 1
    • Культурология 28
    • Литературоведение 15
    • Медицина 23
    • Обществознание 4
    • Педагогика 7
    • Политика 14
    • Прочая научная литература 33
    • Психотерапия и консультирование 19
    • Религиоведение 5
    • Секс и семейная психология 7
    • Технические науки 1
    • Физика 5
    • Философия 13
    • Химия 2
    • Юриспруденция 5
    • Языкознание 7
  • Образование 325
    • Бизнес 45
    • Биография и мемуары 46
    • Здоровье 10
    • История 169
    • Карьера 4
    • Психология 159
  • Поэзия и драматургия 19
    • Басни 1
    • Драматургия 5
    • Лирика 1
    • Поэзия 13
  • Приключения 359
    • Вестерны 2
    • Исторические приключения 202
    • Морские приключения 39
    • Природа и животные 16
    • Прочие приключения 86
    • Путешествия и география 33
  • Проза 1165
    • Антисоветская литература 3
    • Афоризмы 1
    • Военная проза 55
    • Историческая проза 178
    • Классическая проза 74
    • Контркультура 9
    • Магический реализм 46
    • Новелла 5
    • Повесть 16
    • Проза прочее 11
    • Рассказ 45
    • Роман 66
    • Русская классическая проза 33
    • Семейный роман/Семейная сага 2
    • Сентиментальная проза 4
    • Советская классическая проза 38
    • Современная проза 1002
    • Эпопея 1
    • Эссе, очерк, этюд, набросок 2
  • Прочее 701
    • Газеты и журналы 3
    • Изобразительное искусство, фотография 6
    • Кино 3
    • Музыка 3
    • Театр 1
    • Фанфик 686
  • Религия и духовность 133
    • Буддизм 1
    • Православие 1
    • Прочая религиозная литература 1
    • Религия 10
    • Самосовершенствование 39
    • Эзотерика 85
  • Справочная литература 27
    • Прочая справочная литература 2
    • Путеводители 8
    • Руководства 6
    • Справочники 8
    • Энциклопедии 6
  • Старинная литература 65
    • Античная литература 1
    • Древневосточная литература 4
    • Мифы. Легенды. Эпос 20
    • Прочая старинная литература 41
  • Техника 2
    • Автомобили и ПДД 1
    • Архитектура 1
  • Фантастика и фентези 14874
    • Альтернативная история 2088
    • Боевая фантастика 3027
    • Героическая фантастика 794
    • Городское фэнтези 1016
    • Готический роман 4
    • Детективная фантастика 368
    • Ироническая фантастика 77
    • Ироническое фэнтези 61
    • Историческое фэнтези 246
    • Киберпанк 137
    • Космическая фантастика 921
    • Космоопера 18
    • ЛитРПГ 777
    • Любовная фантастика 183
    • Любовное фэнтези 113
    • Мистика 261
    • Научная фантастика 531
    • Попаданцы 4615
    • Постапокалипсис 479
    • Сказочная фантастика 11
    • Социально-философская фантастика 261
    • Стимпанк 73
    • Технофэнтези 41
    • Ужасы 103
    • Ужасы и мистика 407
    • Фантастика 250
    • Фантастика: прочее 137
    • Фэнтези 6978
    • Эпическая фантастика 155
    • Юмористическая фантастика 688
    • Юмористическое фэнтези 633
  • Фольклор 3
    • Народные сказки 3
  • Юмор 94
    • Анекдоты 1
    • Комедии 1
    • Прочий юмор 36
    • Сатира 1
    • Юмористическая проза 52
    • Юмористические стихи 3
CHITAT-KNIGI.COM

Читать онлайн бесплатно книги полностью без регистрации

Контакты
  • chitatknigicom@gmail.com
Информация:
  • Карта сайта
  • Слушать Аудиокниги
  • Руководства по ремонту автомобилей
© chitat-knigi.com, 2021 - 2026. | Вход
Этот сайт использует cookie для хранения данных. Продолжая пользоваться сайтом, вы даете свое согласие на работу с этими данными в соответствии с нашей политикой конфиденциальности.
Я согласен