Содержание
Опыт на кухне: извлекаем ДНК самостоятельно
Все живые организмы, от бактерии до президента, сохраняют наследственную информацию в длинных цепочках ДНК — дезоксирибонуклеиновой кислоты. Их звенья служат «буквами», образующими генетический код.
Нити ДНК закручиваются двойной спиралью, которая стала узнаваемым символом всех наук о жизни. Но невооруженным глазом спираль, конечно, не увидеть: для него ДНК предстает чем-то похожим на слизь. Вы можете убедиться в этом сами, выделив эти молекулы из обычного яблока или банана. Главный носитель «кода жизни» образует белесую, мыльную на ощупь пену.
Нам понадобятся
Холодная чистая вода — лучше дистиллированная, но подойдет и фильтрованная или питьевая без газа.
Изопропиловый или этиловый спирт.
Нейодированная поваренная соль (¼ чайной ложки).
Жидкое моющее средство или шампунь (чайная ложка).
Фильтровальная бумага.
Средних размеров фрукт или овощ: помидор, луковица, яблоко, киви, банан и т.
п.Немного свежевыжатого ананасового сока.
п.1. Растворяем
Разведите соль в 100 мл ледяной воды: низкая температура облегчит осаждение на последнем этапе эксперимента. Снимите кожуру с фрукта или овоща, перетрите мякоть до однородного состояния.
Чайную ложку этой кашицы поместите в отдельную емкость, добавьте пару чайных ложек солевого раствора и ложку шампуня. Мешайте несколько минут, чтобы шампунь (детергент) разрушил мембраны клеток, высвободив их содержимое.
2. Очищаем
Перемешайте образовавшуюся массу и отфильтруйте через бумагу в новую чистую емкость. Мякоть можно выбросить — нас интересует мутноватый фильтрат, где оказались молекулы из разрушенных клеток.
Добавьте к нему немного (примерно 1/5 объема) ананасового сока. Он содержит ферменты протеазы, которые разрушают белки, но не трогают ДНК, и эти молекулы остаются плавать в воде. Их цепочки несут слабые отрицательные заряды, благодаря чему ДНК отлично растворяется.
3. Смешиваем
Заряженные молекулы ДНК в спирте не растворяются, что и позволит нам их осадить. Для этого осторожно влейте по стенке 10 мл (две чайные ложки) этанола или изопропанола в полученную жидкость, перемешайте и дайте отстояться.
Спирт легче воды и соберется у поверхности, а оказавшиеся в нем цепи ДНК выпадут в осадок и образуют волокнистую белесую пленку на границе двух сред. Нити ДНК легко налипнут на стенки емкости, их можно будет даже намотать на палочку.
В чем соль?
Растворители делятся на полярные, такие как вода, и неполярные, как керосин. Первые подходят для заряженных молекул, например минеральных солей, вторые — для жиров и других незаряженных веществ. Это видно и в опыте с молекулами ДНК. Они несут слабый отрицательный заряд, благодаря чему отталкиваются друг от друга и растворяются в воде. Но если в жидкости присутствуют ионы соли, они частично нейтрализуют заряды ДНК. Благодаря этому отдельные цепочки могут слипаться, осаждаясь из раствора.
Фото: SPL / LEGION-MEDIA (X2), DIOMEDIA (X2), ISTOCK (X5)
Материал опубликован в журнале «Вокруг света» № 7, сентябрь 2020
Дмитрий Кустов
Сегодня читают
Тест на возраст мозга: сможете найти 5 предметов на этой картинке
Продлите молодость мозга за 15 минут: кроссворд на общую эрудицию
Тест на возраст мозга: сможете найти на картинке все предметы?
Тест: сможете ли вы стать миллионером?
Задачка на внимательность родом из СССР: сможете найти все отличия на картинке?
Клетка под световым микроскопом: строение, методы изучения клетки
Каждый живой организм состоит клетки, как основного «кирпичика» всего живого. Впервые клетка была открыта американским ученым, изобретателем и испытателем Робертом Гуком. Именно этот ученый и придумал непосредственно сам термин. Еще 350 лет назад именно он, изучая винную пробку, выявил и обнаружил, что состоит она из целого ряда ячеек, напоминающих соты, которые и впоследствии были именуемые клеткой.
После этого открытия многие ученые занимались изучением клетки. Открытие в строении клетки внесли такие ученые, как Левенгук, Роберт Броун, Пуркине, Марчеелло и прочее. Сейчас считается, что изучение клетки под световым микроскопом – простое дело, которое может сделать каждый, но в то время — это задание было сложное и под силу не каждому ученому.
Если говорить о строении клетки, то стоит помнить, что строение животной клетки и растительной имеют свои отличия. Для изучения строения клетки растений ученые используют лук. Более подробно о том, как проводится исследование, мы расскажем в другой статье. А вот изучать строение клеток животного происхождения лучше всего на кусочке мяса. Что касается человеческих клеток, то в этом случае ученые рекомендуют использовать уже готовые препараты. На сегодня существуют такие микроскопы (например Olympus BX 43), с помощью которых удается изучить не только кровеносную и лимфатическую систему, но и клетки нервной системы, кожи, мышц и прочее.
Исследование клеток в домашних условиях можно с помощью электронного или оптического микроскопа, которые доступны каждому в любом интернет магазине.
У нас Вы можете не только приобрести микроскоп, но и получить совершенно бесплатную консультацию по его выбору, узнать все характеристики интересующей Вас модели. Для начала работы в домашних условиях идеальным решением будет микроскоп начального уровня. Но если у Вас есть возможность и опыт работы с микроскопами большого увеличения, то приобретение такого микроскопа будет не лишним.
Итак, детально остановимся на изучении клетки под электронным микроскопом. Как мы сказали уже выше, оптимальным препаратом для изучения будет клетка лука. Поместив препарат под микроскоп обращает на себя внимание то, видны отдельные прямоугольники, между которыми определяются стенки. Это и есть не что иное, как клетка. Благодаря тому, что стенки клеток у лука плотные и упругие, они не деформируются и не изменяют свою форму. Но есть и такие растения, у которых клеточные стенки настолько тонки и хрупкие, что легко приводит к ее повреждению. Это, например, наблюдается у апельсина. А вот клетки дуба или другого дерева разрушить намного сложнее.
В каждой отдельной клетке видно содержимое, которое носит название цитоплазмы, а то пространство, что заполнено клеточным соком – это вакуоль. В центре каждой клетки видно клеточное ядро. Если для изучения используется клетка зеленого растения, то внутри ее видны отдельные хлоропласты, принимающие участие в фотосинтезе и отвечающие за цвет растения.
Клетки животного происхождения лучше всего изучать на поперечном срезе кусочка мяса. Поместив препарат под микроскоп каждый сможет увидеть клетки круглой или овальной формы, внутри которых содержаться волокна. Увидеть хлоропластов в таких клетках невозможно, так как они в них отсутствуют.
Для изучения человеческих клеток отлично подходит препарат из клеток крови. Его Вы можете найти в наборе с микроскопом, приобрести или приготовить самостоятельно. Поместив микропрепарат под световой микроскоп видны множественные мелкие пятна, которые и являются эритроцитами. Красные кровяные тельца в организме человека выполняют самую важную роль – доставляют кислород ко всем органам.
Посмотрев более внимательно можно увидеть, что внутри клетки отсутствует ядро. Но помимо красных кровяных клеток в препарате крови можно увидеть и клетки, содержащие темно-синие ядра. Это так называемые иммунные клетки, которые защищают человеческий организм от всех заболеваний.
Помните, что каждая клетка имеет отличия от другой и не является идентичной и похожей на такую же.
Микроскопия ДНК меняет подход ученых к анализу ДНК
Когда ученым нужно увидеть что-то слишком маленькое для микроскопа, что они делают? Новый метод, ДНК-микроскопия, позволяет ученым визуализировать ДНК способом, который ранее был невозможен. И нет даже настоящего микроскопа.
Научные эксперименты опираются на множество различных типов данных, чтобы формировать и проверять вопросы по биологии. Некоторые из этих экспериментов предоставляют косвенные доказательства того, что происходит, однако микроскопы уже давно используются, чтобы увидеть вещи, которые мы не можем увидеть невооруженным глазом.
Первые микроскопы использовали свет и стекло, чтобы увеличить живое в воде. На протяжении веков это позволяло ученым «видеть это и верить в это».
Знакомый силуэт микроскопа стал основой научных исследований. Однако у каждого инструмента есть свои пределы, и микроскоп не исключение.
Когда дело доходит до микроскопа, существуют ограничения в виде размера и разрешения. Размер говорит о том, насколько маленьким может видеть пользователь. Некоторые микроскопы могут освещать детали волокон, в то время как другие достаточно сильны, чтобы различать белки внутри клеток.
Существует множество типов микроскопов. Например, вместо света некоторые микроскопы используют электроны, чтобы заглянуть внутрь микроскопического мира. Разрешение микроскопа — это то, насколько хорошо вы можете различать крошечные объекты, на которые смотрите. Нечеткое изображение объекта, полученное с помощью микроскопа с более высоким разрешением, может показать, что вы на самом деле смотрели на два отдельных объекта, которые находились слишком близко друг к другу, чтобы их можно было различить.
Так что же происходит, когда что-то выходит за эти пределы, что затрудняет четкое видение? Это долгое время было проблемой для визуализации ДНК, кода жизни, который существует в каждой из наших клеток. Современные методы визуализации ДНК включают ее флуоресценцию на фоне, обычно с использованием красителя, известного как DAPI.
Хотя окрашивание DAPI позволяет определить, где находится ДНК, оно не дает геномной информации. Сочетание геномной информации с информацией о местоположении клеток имеет решающее значение для понимания систем. Например, многие опухолевые виды рака гетерогенны, а это означает, что мутации, обнаруженные в одной части опухоли, могут сильно отличаться от мутаций, обнаруженных в другой части опухоли. Понимание того, где происходят эти мутации и как они могут помочь исследователям понять, как образуются опухоли и, возможно, как лучше их лечить.
Новый молекулярный метод, ДНК-микроскопия , упрощает получение как последовательности, так и пространственной информации об интересующих участках ДНК.
Процесс работает путем пометки ДНК (или рабочих копий ДНК, называемых РНК) штрих-кодами. Эти штрих-коды работают аналогично штрих-кодам на продуктах, которые вы покупаете в магазине. Когда исследователи добавляют их к фиксированным клеткам, штрих-коды прикрепляются к определенным «продуктам», в данном случае к молекулам РНК. В конце процесса штрих-коды могут помочь идентифицировать каждую молекулу точно так же, как кассир в магазине может отсканировать штрих-код и узнать, какую марку хлопьев вы покупаете. Однако, в отличие от штрих-кодов на продуктах, эти штрих-коды такие же маленькие, как и продукты, которые они маркируют.
Для усиления сигнала, который могут транслировать штрих-коды, создаются копии меченых молекул. По мере того, как делается все больше и больше копий, штрих-коды начинают сталкиваться. Они слипаются и становятся связанными. Этот процесс усиления, столкновения и связывания продолжается, расширяя сигнал штрих-кода за пределы исходного местоположения молекул.
Возможно, наиболее впечатляющей частью этой методики микроскопии является то, что на самом деле в ней не используется микроскоп. Вместо этого теперь связанные штрих-коды упорядочиваются, показывая, какие штрих-коды прилипают друг к другу и как часто.
Основной принцип заключается в том, что молекулы, расположенные близко друг к другу, будут сталкиваться гораздо чаще, чем молекулы, находящиеся дальше друг от друга. Затем эта информация может быть реконструирована с помощью алгоритма, разработанного исследователями для создания картины того, как регионы пространственно расположены внутри клетки и как клетки пространственно расположены по сравнению друг с другом. Ученые могут реконструировать трехмерное изображение на основе того, как сигналы штрих-кода взаимодействовали в процессе усиления.
Теперь исследователи могут узнать, как организация ДНК соединяется с ее геномным контекстом в различных условиях. Предоставление ученым возможности связать местоположение генома и пространственную информацию открывает новый мир вопросов, на которые можно ответить.
Невероятно детальное видео показывает, как ДНК скручивается в странные формы, чтобы втиснуться в клетки
(Изображение предоставлено Университетом Лидса)
Ученые недавно сняли видео с высоким разрешением, на котором ДНК принимает странные формы, чтобы протиснуться внутрь клеток.
В 1952 году Розалинд Франклин произвела первое косвенное изображение ДНК , изучив, как рентгеновские лучи отражаются от этих фундаментальных молекул. Но только в 2012 году ученые сделали прямую фотографию ДНК с помощью электронного микроскопа.
Теперь группа исследователей из Великобритании сняла видео высокой четкости ДНК в движении, используя комбинацию передовой микроскопии и моделирования. Но они не просто играли в папарацци со строительными блоками жизни — они пытались понять, как движется ДНК, чтобы втиснуться в клетки.
Связанный: Код жизни: фотографии структур ДНК
Клетки человека содержат около 6,6 футов (2 метра) ДНК.
Учитывая, что человеческие клетки имеют размеры порядка микрометров, ДНК должна быть действительно хороша в «суперспирализации» или изгибании и складывании, чтобы плотно упаковываться внутри клетки. Но до недавнего времени технологии не были достаточно хороши, чтобы ученые могли четко видеть, как выглядит структура ДНК в процессе ее сверхспирализации, пишут авторы в исследовании.
Чтобы ответить на этот вопрос, авторы нового исследования обратились к «миникольцам ДНК», выделенным и сконструированным из бактерий. Эти кольцевые структуры ДНК также обнаружены в клетках человека, и их функция в значительной степени неизвестна. Исследователи использовали эти кольцевые структуры, потому что ученые могут скручивать их таким образом, который не работал бы с длинными нитями, наиболее распространенной формой ДНК, согласно заявлению .
Чтобы увидеть движения в деталях, исследователи использовали комбинацию суперкомпьютерного моделирования и атомно-силовой микроскопии, в которой острый кончик скользит по поверхности молекулы и измеряет силы, отталкивающие кончик, чтобы очертить структуру.
«Увидеть — значит поверить, но с такой маленькой вещью, как ДНК, увидеть спиральную структуру всей молекулы ДНК было чрезвычайно сложно», — ведущий автор исследования Элис Пайн, преподаватель полимеров и мягких веществ в Университете Шеффилда в Великобритании. , который снял новые кадры, говорится в заявлении. «Видео, которые мы разработали, позволяют нам наблюдать скручивание ДНК с таким уровнем детализации, которого раньше никогда не видели».
Изображения под микроскопом были настолько подробными, что можно было увидеть структуру двойной спирали ДНК. После того, как исследователи объединили эти изображения с симуляциями, они смогли увидеть положение каждого 9Согласно заявлению, 0041 атом в ДНК перемещается.
Похожие материалы
Интересно, что ДНК в расслабленной форме почти не двигалась. Но при скручивании — как это обычно происходит при вдавливании в клетку — ДНК, согласно заявлению, трансформировалась во многие другие формы. Эти различные формы повлияли на то, как молекула ДНК взаимодействует и связывается с другими молекулами ДНК вокруг нее, пишут авторы в статье.