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 49 из 73 Информация о книге

В самой интересной из новых технологий секвенирования ДНК, нанопоровой, не используют ни растущую ДНК, ни цветные нуклеотиды, ни даже ДНК-полимеразу11. Здесь можно пренебречь всем, что на последних страницах было написано о методах, в которых секвенирование привязано к синтезу, и вернуться к тому, с чего мы начинали: поочередно определять нуклеотиды на уже сформированной нити ДНК. Как мы помним, различать основания с помощью света невозможно, зато можно рассчитывать на электричество.

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_108.jpg

Представьте единственную пору нанометрового масштаба в мембране, разделяющей резервуар с жидкостью на два отсека. В водном растворе по обе стороны от нее содержатся ионы – электрически заряженные атомы или молекулы. При приложении к резервуару напряжения ионы начинают проходить сквозь пору, и силу этого электрического тока можно измерить. Если пора частично перекрыта, ток будет слабее – иными словами, сила тока показывает, насколько пора доступна ионам. Теперь представьте, что через пору протискивается нить ДНК. Ее основания – A, Ц, Г и T – различаются числом атомов и размерами, а следовательно, попадая в пору, по-разному снижают силу тока. Чтобы превратить этот принцип в метод секвенирования, нужно уметь оптимально протаскивать ДНК сквозь пору. В первых устройствах отрицательно заряженная по своей природе ДНК перемещалась, как и прочие ионы, под действием разности потенциалов на сторонах мембраны. Но работало это плохо – в основном потому, что молекула проскальзывала через пору слишком быстро и точно измерить силу тока при прохождении каждого нуклеотида не получалось. Как же решили эту проблему? Один из подходов задействовал белки. Существует немало белков, которые в норме передвигаются вдоль ДНК и совершают с ней какие-то действия, – например, ДНК-полимеразы или хеликазы. Если зафиксировать один из таких белков у входа в нанопору (на следующем рисунке изображен как светло-серые спирали12), он будет своим обычным рабочим инструментарием размеренно направлять ДНК в пору. Из главы 2 мы узнали, что многие белки можно считать природными машинами нанометровых масштабов. Здесь одну из них нагрузили работой в месте, недоступном для других исполнителей. Кроме того, белки способны формировать и сами поры: как мы выяснили в главе 2, многие пронизывающие мембрану белки могут укладываться так, что внутри них образуется сквозной канал. И вот мы снова наблюдаем самосборку.

Концепция нанопорового секвенирования проста, и еще в 1980-х в ней читались задатки перспективной технологии. Ее реализация, однако, потребовала немалых усилий. Сначала ученые показали надежность внедрения нанопор в искусственные барьеры – тогда еще не с целью секвенирования, а просто для понимания структуры пор и разработки платформ, позволяющих работать с мембранно-белковыми комплексами. Первые опыты по переносу ДНК через поры с помощью электрического поля помогли разобраться в физике движения в ограниченных пространствах. Хотя к началу 2000-х специалисты уже располагали основными принципами, многим сторонним наблюдателям, включая меня, было сложно разглядеть в нанопоровом секвенировании мощную и надежную технологию будущего. Необходимо было искусно скомпоновать поры, ДНК-связывающие белки, мембраны в несколько нанометров толщиной и электроды. Затем нужно было отработать высокочувствительные измерения силы тока и исключить при этом закупорку пор примесями или поврежденными белками. Эту пугающую инженерную задачу взвалила на себя компания Oxford Nanopore, которая занимается, как можно догадаться, в основном нанопоровой детекцией молекул. Первый прибор ученым представили в 2014 году – это была пилотная версия для оценки эффективности метода, – а теперь на рынке мы можем выбирать уже из нескольких разных аппаратов. Самый маленький сравним по размеру с большим пальцем или флешкой и, прямо как она, подключается к компьютеру через USB-порт. Привлекательность прибора во многом объясняется портативностью и низкой стоимостью. Например, в 2014-м с его помощью секвенировали геном эболавирусов, выделенных из 14 гвинейских пациентов. Его картировали уже через два дня после взятия проб, блестяще продемонстрировав потенциал скоростного секвенирования в полевых условиях. Эта технология позволяет оперативно выявлять источник распространения болезни и потенциально опасные варианты патогенов.

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_109.jpg

Недостаток нанопорового секвенирования в его не самой высокой точности: несколько процентов оснований может читаться некорректно, при том что метод Illumina допускает лишь около 0,1 % ошибок. Величина погрешности, правда, важна не всегда. При составлении подробной карты генома и в пренатальных анализах на точечные, но значимые мутации нам критически важно сводить число ошибок к минимуму. В мониторинге потенциально опасных патогенов и состава микробных сообществ сниженная точность метода вполне компенсируется его быстротой и удобством [56].

Геном дешевеет и дешевеет

Прорывы в секвенировании ДНК оказались поразительными, и от будущего, вероятно, следует ожидать еще большего. Я уже упоминал рыночную стоимость этих технологий, а теперь давайте посмотрим, во что ученым обходится определение нуклеотидной последовательности образца ДНК. Удобной мерой будет стоимость секвенирования одного человеческого генома – иными словами, 3 миллиардов оснований. Как вы помните, на первый геном ушло 3 миллиарда долларов США, по доллару на основание. Уже к 2006 году затраты снизились больше чем на 99 % – примерно до 13 миллионов долларов. График изменения стоимости секвенирования во времени просто изумляет.

Стоимость секвенирования одного человеческого генома
Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_110.jpg

Вертикальная ось на этом графике логарифмическая, горизонтальная – обычная. Стоимость секвенирования снижается быстро и непрерывно13. Обвал 2007–2008 годов – удешевление в тысячу раз за полдесятилетия – знаменует переход к методам секвенирования нового поколения. Вместе со стоимостью стремительно сокращается продолжительность секвенирования одного генома – с нескольких лет в проекте «Геном человека» до нескольких дней при использовании современных техник.

С похожей скоростью, пожалуй, развивались технологии производства транзисторов. Первые транзисторы были капризными и громоздкими, миллиметрового масштаба. Теперь мы без труда помещаем миллиарды транзисторов на чипы площадью в квадратный сантиметр и стоимостью несколько долларов за штуку. В 1965 году Гордон Мур, впоследствии возглавивший компанию Intel, заметил, что количество транзисторов на чипе удваивается каждый год (позже он скорректировал оценку с года на два). Это наблюдение вошло в историю под названием «закон Мура» и служило одновременно описанием и манифестом электронных технологий. Прогресс в секвенировании ДНК, по крайней мере измеряемый затратами на чтение одного нуклеотида, был даже более стремительным. Неудивительно, что первым человеком, геном которого секвенировали с помощью Personal Genome Machine компании Ion Torrent, стал именно Гордон Мур. Революцию в технологиях секвенирования породило множество факторов: человеческая изобретательность, экономические стимулы компаний-производителей, государственное финансирование теоретических исследований и спецпрограмм, нацеленных на инновации в области секвенирования14, ну и, конечно, накопленные нами знания по биологии, химии и физике.

Когда секвенатор ДНК не соответствует своему названию?

Последовательности ДНК сообщают нам немало информации: например, как на генетическом уровне различаются виды, особи одного вида, раковые и нормальные клетки. Тем не менее главной миссией технологий секвенирования может оказаться вовсе не чтение генов и геномов, а помощь в постижении внутренней жизни клеток.

Перейти к странице:
Предыдущая страница
Следующая страница
Жанры
  • Военное дело 2
    • Спецслужбы 2
  • Деловая литература 58
    • Деловая литература 1
    • Корпоративная культура 4
    • Личные финансы 7
    • Маркетинг, PR, реклама 11
    • О бизнесе популярно 31
    • Управление, подбор персонала 4
    • Экономика 5
  • Детективы и триллеры 1011
    • Боевики 122
    • Дамский детективный роман 11
    • Детективы 414
    • Иронические детективы 86
    • Исторические детективы 197
    • Классические детективы 71
    • Криминальные детективы 72
    • Крутой детектив 50
    • Маньяки 9
    • Политические детективы 23
    • Полицейские детективы 129
    • Прочие Детективы 286
    • Техно триллер 2
    • Триллеры 519
    • Шпионские детективы 33
  • Детские 128
    • Детская образовательная литература 4
    • Детская проза 55
    • Детские остросюжетные 17
    • Детские приключения 57
    • Детские стихи 4
    • Прочая детская литература 17
  • Детские книги 239
    • Детская фантастика 86
    • Детские детективы 3
    • Книги для подростков 23
    • Сказки 71
  • Документальная литература 298
    • Биографии и мемуары 190
    • Военная документалистика 1
    • Искусство и Дизайн 4
    • Критика 5
    • Научпоп 4
    • Прочая документальная литература 27
    • Публицистика 94
  • Дом и Семья 60
    • Домашние животные 5
    • Здоровье и красота 12
    • Кулинария 7
    • Прочее домоводство 1
    • Развлечения 3
    • Сад и Огород 1
    • Спорт 2
    • Хобби и ремесла 3
    • Эротика и секс 30
  • Драматургия 23
    • Драма 22
    • Киносценарии 1
  • Жанр не определен 1
    • Разное 1
  • Компьютеры и Интернет 3
    • Базы данных 1
    • Программное обеспечение 1
    • Прочая компьютерная литература 1
  • Любовные романы 12336
    • Исторические любовные романы 391
    • Короткие любовные романы 984
    • Любовно-фантастические романы 5681
    • Остросюжетные любовные романы 225
    • Порно 33
    • Прочие любовные романы 26
    • Слеш 236
    • Современные любовные романы 5192
    • Фемслеш 21
    • Эротика 2584
  • Научно-образовательная 140
    • Альтернативная медицина 1
    • Астрономия и Космос 3
    • Биология 13
    • Биофизика 2
    • Биохимия 1
    • Ботаника 1
    • Военная история 2
    • Геология и география 3
    • Детская психология 3
    • Зоология 1
    • Культурология 18
    • Литературоведение 11
    • Медицина 14
    • Обществознание 3
    • Педагогика 6
    • Политика 13
    • Прочая научная литература 28
    • Психотерапия и консультирование 8
    • Религиоведение 3
    • Секс и семейная психология 6
    • Технические науки 1
    • Физика 5
    • Философия 12
    • Химия 2
    • Юриспруденция 3
    • Языкознание 6
  • Образование 278
    • Бизнес 45
    • Биография и мемуары 46
    • Здоровье 10
    • История 140
    • Карьера 4
    • Психология 141
  • Поэзия и драматургия 12
    • Драматургия 5
    • Поэзия 7
  • Приключения 270
    • Вестерны 2
    • Исторические приключения 152
    • Морские приключения 33
    • Природа и животные 15
    • Прочие приключения 61
    • Путешествия и география 21
  • Проза 841
    • Антисоветская литература 2
    • Военная проза 39
    • Историческая проза 128
    • Классическая проза 61
    • Контркультура 8
    • Магический реализм 35
    • Новелла 4
    • Повесть 14
    • Проза прочее 8
    • Рассказ 38
    • Роман 56
    • Русская классическая проза 29
    • Семейный роман/Семейная сага 1
    • Сентиментальная проза 3
    • Советская классическая проза 29
    • Современная проза 800
    • Эссе, очерк, этюд, набросок 1
  • Прочее 527
    • Газеты и журналы 2
    • Изобразительное искусство, фотография 6
    • Кино 2
    • Музыка 2
    • Театр 1
    • Фанфик 515
  • Религия и духовность 88
    • Буддизм 1
    • Православие 1
    • Прочая религиозная литература 1
    • Религия 9
    • Самосовершенствование 24
    • Эзотерика 55
  • Справочная литература 24
    • Прочая справочная литература 2
    • Путеводители 6
    • Руководства 6
    • Справочники 8
    • Энциклопедии 5
  • Старинная литература 42
    • Античная литература 1
    • Древневосточная литература 4
    • Мифы. Легенды. Эпос 14
    • Прочая старинная литература 24
  • Техника 2
    • Автомобили и ПДД 1
    • Архитектура 1
  • Фантастика и фентези 11852
    • Альтернативная история 1672
    • Боевая фантастика 2540
    • Героическая фантастика 638
    • Городское фэнтези 729
    • Готический роман 2
    • Детективная фантастика 289
    • Ироническая фантастика 71
    • Ироническое фэнтези 57
    • Историческое фэнтези 182
    • Киберпанк 113
    • Космическая фантастика 723
    • Космоопера 15
    • ЛитРПГ 660
    • Любовная фантастика 183
    • Любовное фэнтези 113
    • Мистика 202
    • Научная фантастика 444
    • Попаданцы 3565
    • Постапокалипсис 378
    • Сказочная фантастика 4
    • Социально-философская фантастика 199
    • Стимпанк 59
    • Технофэнтези 24
    • Ужасы 103
    • Ужасы и мистика 312
    • Фантастика 250
    • Фантастика: прочее 111
    • Фэнтези 5976
    • Эпическая фантастика 131
    • Юмористическая фантастика 585
    • Юмористическое фэнтези 435
  • Фольклор 2
    • Народные сказки 2
  • Юмор 73
    • Анекдоты 1
    • Комедии 1
    • Прочий юмор 29
    • Сатира 1
    • Юмористическая проза 38
    • 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