Kan en symaskine sy DNA sammen?

Vi bebrejder dig ikke for at ville gøre DNA til dit syprojekt. Trods alt, DNA udgør vores genetiske kode, og som sådan, den har en enorm biologisk magt. Det fortæller vores celler, hvad de skal gøre. Når vi vokser to fod, i modsætning til at sige, to svømmefødder, det er fordi vores celler følger instruktionerne kodet i vores DNA. Og når vi udvikler tumorer, vores celler følger DNA's instruktioner, også.

Hvad hvis du kunne ændre din genetiske kode? Hvad hvis det var lige så let som quiltning? Kan du sammensætte den "høje" kode med den "mørke og smukke" kode, gør dig selv høj, mørk og smuk?

Svaret er et rungende "nej" af flere grunde. Først, lige så kloge som genetikere er, de har stadig ikke fundet de fleste gener, der gør os høje, mørk og smuk. Sekund, når vi vokser ud over at være en kugle i et par celler tidligt i udviklingen, det bliver teknisk meget svært at ændre DNA'et i alle vores celler. Hos voksne, det ville kræve at pille ved omkring 100 billioner celler [kilde:Boal].

Der er endnu en fejl i dit projekt - symaskinen. Hvis du forsøgte at manipulere dit DNA med en symaskine, du ville smadre det. Gennemsnitlig, en symaskins nål er cirka 1 millimeter i diameter [kilde:Schmetz]. Et menneskeligt kromosoms bredde er mindst 500 gange mindre [kilde:Campbell et al.]. Ud over, DNA er faktisk ret skrøbeligt. Det kan ikke modstå meget kraft uden at gå i stykker. Faktisk, hvis du hængte en papirclips - en der var 50 millioner gange lettere end kontorsorten - på enden af ​​DNA, du ville bryde det [kilde:Terao].

Så medmindre du tilfældigvis er en videnskabsmand, der er dygtig til genterapi, du ikke har udstyr eller knowhow til at ændre dit DNA. Men heldigvis gør dine celler, og de syr DNA sammen hver dag uden din hjælp. Læs videre for at lære om naturens symaskine.

Syfabrikken i dine celler

Hvis du har læst, hvordan celler fungerer, du ved, at vores celler deler sig. Sådan vedligeholder vi os selv, vokse og reparere skader. Hvis du er voksen, du vil måske blive overrasket over at erfare, at 2 millioner celler i din knoglemarv deler sig hvert sekund for at holde nok røde blodlegemer i dit blod [kilde:Becker].

Alle dine nye knoglemarvsceller ser ud og fungerer ligesom de gamle. Hvorfor? Fordi de har de samme genetiske instruktioner i form af DNA. De gamle celler gør store anstrengelser for at kopiere deres DNA og aflevere det til de nye celler. Du tror måske, at det sker som at kopiere på en kopimaskine, hvor gamle celler beholder deres gamle DNA, og nye celler får nyt DNA. Men hvad der sker i stedet ligner mere syning.

Hvis du kunne se inde i en af ​​dine gamle knoglemarvsceller, du ville se, at DNA er lavet af to tråde "syet" sammen af ​​kemiske bindinger. Når cellen deler sig, et "saks" -enzym, hedder helicase , river de to tråde fra hinanden. Som små stifter, bindende proteiner hold de to tråde fra hinanden. DNA -polymerase , et enzym, der ligner den bedste skrædder i byen, følger skabelonen for de gamle tråde og syer i en ny streng lavet af byggesten i cellen. Efter at cellerne delte sig, hver har "skræddersyet" DNA lavet af en ny og en gammel streng. DNA -replikation er en fantastisk og indviklet proces, som du kan lære om i Sådan fungerer DNA.

Nu hvor vi ved, hvordan vores celler kapabelt og konstant gennemfører denne proces, lad os se, hvordan håbefulde syerskeforskere sammenligner.

Syning af DNA til videnskab

Det sker muligvis ikke på en Singer symaskine komplet med fodpedal, men forskere "syr" ofte stykker af en organismes DNA til en andens. Resultatet kaldes rekombinant eller " kimærisk " DNA , opkaldt efter kimærer, de mytiske skabninger, der er en del løve, del ged og del slange.

Ofte vil forskere indsætte humant DNA i bakterie- eller gær -DNA [kilde:Tamarin]. Med lidt ekstra teknik, bakterier og gær kan optage det rekombinerede DNA og følge instruktionerne, som om intet skete. Organismerne laver derefter humane proteiner. Processen har mange anvendelser inden for forskning, industri og medicin. Lige nu, bakterier og gær danner enorme mængder humant insulin, som bruges til behandling af diabetikere [kilder:Cold Spring Harbor National Laboratory, Eli Lilly].

Udover at sy DNA, forskere retter også op på det. Vores DNA er oprullet, viklet, oprullet. For at studere det, du skal rette det op. En populær måde er at vedhæfte en perle til hver ende af DNA'et, tag perlerne op med en laserstråle og træk forsigtigt perlerne fra hinanden, siger Patrick Doyle, en kemiteknisk professor ved MIT.

Hvad i alverden gør forskere med rettet DNA? I Hvordan Epigenetik fungerer, du lærer, at omverdenen, og endda vores forældres verden, kan påvirke, hvilken af ​​instruktionerne i vores gener vores krop følger. Miljøet kan "tale" til vores celler gennem molekyler, der styrer læsningen af ​​vores DNA. Ved at rette DNA, eller i det mindste uncoiling det lidt, forskere kan studere disse ændringer. De kan se proteiner vedhæfte kemikalier til vores DNA eller tænde og slukke gener. En anden brug af perletricket er at teste, om lægemidler, der er beregnet til at binde til DNA, vil virke. Forskere kan fornemme, om stoffet har bundet sig til DNA ved at måle ændringer i spolens spænding [kilde:Doyle].

Hvis du vil have maskiner, ja - forskere bygger små enheder, der ikke syr, men retter DNA. Doyle laver en på størrelse med et frimærke, der sender DNA i en væskestrøm gennem en tragt, rette den. Det kan blive en del af en miljøsensor, der suger organismer ind i luften og detekterer farlige mikrober ved deres DNA -sekvens. Vil du gerne lægge Doyles enhed i din kælder, ved siden af ​​din symaskine? Ikke så hurtigt:Det er ikke til salg, og det koster mere end $ 10, 000 at lave.

Men enheden, der vinder prisen for lidt at ligne en DNA -symaskine, bor i laboratorierne ved Kyoto University. Lidt større end et kreditkort, den bruger også væske til at skubbe DNA rundt på en chip. I et papir fra 2008, der blev offentliggjort i tidsskriftet Lab on a Chip, forskerne viste, at de kunne folde et stykke gærkromosomer ud og, ved hjælp af flydende væske og en lille krog, skræl dem fra hinanden og sæt dem fast på stolper. Derefter, lade kromosomerne vade op igen, de viklede dem omkring to spoler [kilde:Terao]. Krogene og spolerne måler i milliontedele af en meter - tusinder kunne passe på hovedet af en nål. Selvom enheden ikke er blevet testet på humant DNA, Doyle siger, at den tekniske visning af håndtering længe, let at bryde DNA uden at bryde det var "ret sejt". "Deres var en smart måde at gribe enhver gammel stor DNA -streng og flytte den rundt på, " han siger.

Så du kan ikke sy DNA sammen med en konventionel symaskine, men forskere kan manipulere DNA til vores fordel. Fortsæt med at læse for at se, hvad forskere ellers laver inden for genetik.

Tak til Ponzy Lu ved University of Pennsylvania og Patrick Doyle på MIT for deres hjælp med denne artikel.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Sådan fungerer celler
• Sådan fungerer DNA
• Sådan fungerer epigenetik
• Hvad er Human Epigenome Project?
• Sådan fungerer symaskiner
• 5 mest klonede dyr
• Kunne vi klone vores organer til at blive brugt til en transplantation?
• Sådan fungerer genbanker

Flere store links

• Animation om rekombination af DNA fra DNA Interactive. (Klik på teknikker, klipning og klistring, og rekombination af DNA.)
• Historien om hvordan humant insulin blev fremstillet af mikroorganismer for første gang. (Klik på produktionen.)

Kilder

• Becker, Wayne et al. "Cellens verden." Benjamin Cummings. 2003.
• Boal, David. "Cellens mekanik." Cambridge University Press. 2002.
• Campbell, Neil et al. "Biologi." Benjamin Cummings. 1999.
• Cold Spring Harbor National Laboratory. DNA interaktivt. "Sammensætning:syntetisk insulin blev fremstillet ved hjælp af rekombinant DNA. 2003. (10/15/2008) http://www.dnai.org/b/index.html
• Doyle, Patrick. Personligt interview. Udført 10/10/2008.
• Eli Lilly og Company. "Humulin R -information til patienten." 2008. (10/16/2008) http://pi.lilly.com/us/humulin-r-ppi.pdf
• Lu, Ponzy. Personligt interview. Udført 10/10/2008.
• Tamarin, Robert. "Principper for genetik." McGraw-Hill. 2002.
• Terao, Kyohei et al. "Udvidelse af kromosomalt DNA i mikrostrukturer ved hjælp af elektroosmotisk strømning." Journal of Physics:kondenseret stof. Nr. 18. maj 10, 2006.
• Terao, Kyohei et al. "Manipulation på stedet af enkelte kromosomale DNA-molekyler ved hjælp af optisk drevne mikrostrukturer." Lab Chip. Vol. 8, ingen. 8. august 2008.
• Schmetz Needle Corporation. "Salgsvejledning Klar reference:Schmetz symaskinnåle." 2008. (10/15/2008) http://www.schmetzneedles.com/Schmetz_Sales_Guide.pdf