На волне)
А мы с коллегами помогаем нашим учёным: снабжаем их приборами, реактивами и прочими нужностями для их важной работы. Люблю свою работу: 13 лет работы и каждый день радуюсь возможности пообщаться с нашими учёными.
Всем бобра!
А мы с коллегами помогаем нашим учёным: снабжаем их приборами, реактивами и прочими нужностями для их важной работы. Люблю свою работу: 13 лет работы и каждый день радуюсь возможности пообщаться с нашими учёными.
Всем бобра!
Благодаря Сванте Пеэбо мы узнали, что все мы немножко неандертальцы.
Череп неадертальца и череп человека разумного
Образно говоря, Нобелевскую премию сейчас получили человек денисовский и человек неандертальский. Но это будет уж слишком образно — всё-таки сами по себе денисовцы и неандертальцы никакими научными достижениями не славятся, да и вымерли они давным-давно. Зато они позволяют многое узнать об эволюции человека, и премию дали одному из самых выдающихся исследователей в этой области Сванте Пеэбо (Svante Pääbo) — именно благодаря его работам удалось прочитать геном неандертальца, а список видов Homo пополнился человеком денисовским. Нобелевским лауреатом Пеэбо стал за то, что сумел найти подход к доисторической ДНК, создав тем самым отдельную научную дисциплину — палеогеномику.
Неандертальцы, денисовцы и другие виды людей дошли до нас в виде разрозненных останков. Возраст останков определять давно научились, и, сравнивая их между собой, можно восстановить какие-то этапы человеческой эволюции.
Достаточно давно удалось установить, что человек разумный сформировался в Африке около 300 тыс. лет назад, а человек неандертальский появился около 400 тыс. лет назад в Европе и Передней Азии, и что около 70 тыс. лет назад человек разумный начал расселяться из Африки по другим частям света, встретил неандертальца, и какое-то время оба вида существовали бок о бок.
Какие-то подробности об их сосуществовании оставались неизвестны, хотя гипотезы были разные. Оба человека могли на дух не переносить друг друга, а могли спариваться и давать гибридное и вполне плодовитое потомство — не такое уж редкое явление в дикой природе.
Как мы знаем, человек разумный и человек неандертальский действительно скрещивались, и генетические последствия этого скрещивания достались нам, современным людям. Чтобы найти у нас следы неандертальского генома, нужно было бы проанализировать ДНК из костей неандертальцев. ДНК довольно стойкая молекула, но стойкость её относительна, и если в костях возрастом несколько десятков тысяч лет мы обнаруживаем ДНК, она часто оказывается сильно фрагментированной и модифицированной. Кроме того, её там мало, и она смешана с ДНК бактерий, растений, животных, грибов и т. д.
То есть кусочки доисторической ДНК людей нужно так прочитать (или просеквенировать), чтобы не спутать её с ДНК других живых существ, и чтобы на выходе у нас получился более или менее связный генетический текст, который можно сравнить с геномом современных людей. Именно это и удалось сделать Сванте Пеэбо и его коллегам.
Поначалу всё начиналось с ДНК митохондрий. Она содержит намного меньше генов, чем главная ДНК в клеточном ядре, но зато митохондрий в клетке очень много, и митохондриальная ДНК, соответственно, есть во многих копиях. По митохондриальной ДНК из сорокатысячелетних неандертальских останков удалось понять, что неандертальцы отличаются генетически как от современных людей, так и от шимпанзе.
Дальнейшее усовершенствование методов чтения древней ДНК позволило перейти от митохондриальной ДНК к ядерной. К 2010 году Пеэбо с коллегами сумели прочитать неандертальский геном — настолько, чтобы стало возможным подробнее оценить взаимоотношения человека неандертальского и человека разумного. Одним из главных открытий стали те самые следы неандертальской ДНК в геноме современных людей. Её долю оценивают по-разному, но в целом считается, что неандертальской ДНК у нас 1–4% (хотя кто-то говорит и о 20%).
Если от неандертальцев до нас дошли многочисленные и порой весьма сохранные останки, то денисовского человека определили всего лишь по одной фаланге пальца, которую нашли в 2008 г. в Денисовой пещере на Алтае (сейчас останков денисовцев из разных частей света прибавилось, но они пока всё так же немногочисленны). ДНК в фаланге пальца оказалась на удивление сохранной, и, прочтя её, исследователи (то есть тот же Пеэбо с коллегами) поняли, что перед ними новый вид Homo. Денисовцы, как и неандертальцы, тоже «наследили» в геноме современных людей: у выходцев из Меланезии и Юго-Восточной Азии можно найти до 6% денисовской ДНК. Получается, что человек разумный, выйдя из Африки, столкнулся с двумя кузенами: человеком неандертальским в западной части Евразии и человеком денисовским в восточной части Евразии.
Многие из работ Сванте Пеэбо выполнены в теснейшем сотрудничестве с Российской академией наук. Но хотя премию ему вручили за открытия в области эволюции человека, нетрудно понять, что умение целенаправленно анализировать древнюю ДНК может пригодиться в самых разных научных областях.
По материалам Нобелевского комитета
ИсточникЕсли бы прогресс в ракетостроении был бы таким, как в чтении ДНК, то у каждого сейчас был бы персональный космический корабль! На первое секвенирование генома человека было потрачено $3 миллиарда и продолжалось оно около 15 лет. Сейчас это стоит $1000 и делается за пару дней.
Все секвенциальные машины сейчас производит компания Illumina. Никто ничего лучшего придумать не может. Про технологию этой компании я и расскажу в посте.
Основная идея метода была описана еще в 1989 году в патенте "Метод секвенирования полинуклеотидов".
В этом методе предлагается разделить двойную спираль ДНК на одиночные "нитки", "пришить" их c одного конца к твердой поверхности, добавить ДНК-полимеразу, которая прицепится к противоположному концу и начнет "ремонтировать" ДНК, достраивая вторую цепь. (Для тех кто знает - да это ПЦР).
Обычно полимераза быстро двигается вдоль одиночной цепи ДНК, останавливается на каждой "букве", подбирает подходящую (комплементарную) "букву" для второй цепи из окружающего раствора и присоединяет ее к концу второй цепи. Вторая цепь строится строго по правилу "комплементарности" - напротив "A" одной цепи, должно быть "T" другой цепи, а напротив "G" должно быть "C".
Однако здесь в качестве "строительного материала" для второй цепи предлагается использовать модифицированные "буквы" (нуклеотиды). Во первых, к ним приделана цветная метка, причем у каждой буквы свой цвет. А во вторых, они останавают работу полимеразы, как только она добавляет их в цепь. Полимераза "застревает" на только что пришитой "букве" и процесс встает "на паузу".
В этот момент мы смываем весь "свободный строительный материал" и фотографируем под микроскопом поверхность с прикрепленной ДНК. Получается вот такая картинка:
Цветные точки - это буквы "застрявшие" в полимеразе, прикрепленной к ДНК. По цвету мы можем определить, где какая "буква" застряла.
Затем заливаются реагенты, которые убирают все модификации у застрявшего "стройматериала", снова добавляют цветной "стройматериал", полимераза делает шаг, встраивает следующую "букву" и опять "застревает".
Опять все смываем, фотографируем поверхность и определяем буквы, которые "застряли" на следующем шаге в тех же точках.
И т.д.
Весь этот процесс делается секвенатором автоматически.
Циклы секвенатор повторяет раз 150-300. Таким образом мы читаем кусочки ДНК длиной 150-300 "букв". (Больше не получается, так как падает качество чтения.) Но метод позволяет читать много молекул параллельно. Современная Illumina секвенсор способен читать миллиарды молекул параллельно!!! Мы можем разрезать длинную ДНК на небольшие молекулы, прочитать их, а затем специальной программой собрать прочитанные кусочки вместе.
Одного запуска секвенатора вполне хватает на чтение десятка человеческих геномов, причем каждый еще будет прочитан много раз (это делается, чтобы скорректировать ошибки чтения).
Вот как выглядит самый маленький, "лабораторный" секвенатор, способный прочитать "только" 25 миллионов молекул за запуск.
Кто-то может засомневаться и подумать, что даже в микроскоп увидеть свечение одной молекулы невозможно (или крайне сложно). И будет прав! Я упустил важную деталь. В самом начале, после прикрепления ДНК к поверхности и перед началом чтения запускается специальный процесс ПЦР, который делает тысячи копий прикрепленной ДНК, причем копии остаются прикрепленными практически в той-же точке. Т.е. цветная точка - это тысячи одинаковых молекул и их вполне видно в простой микроскоп.
PS.
Планирую набросать постов по статистическому анализу (по опыту знаю, что даже технари это практически не изучают). В какое сообщество писать еще не знаю, так что подписывайтесь на меня, кому интересно.
Мы постарались сделать каждый город, с которого начинается еженедельный заед в нашей новой игре, по-настоящему уникальным. Оценить можно на странице совместной игры Torero и Пикабу.
Реклама АО «Кордиант», ИНН 7601001509
Учёные надеются, что это первый шаг к её «воскрешению».
Додо, или маврикийские дронты (Raphus cucullatus) – крупные нелетающие птицы с массивными клювами – беспечно обитали на Маврикии сотни лет до прибытия туда первых мореплавателей вместе с крысами и свиньями. Популяцию уничтожили целиком уже к 60-м годам XVII.
Дронт был лёгкой добычей для людей, а также для животных, которых моряки привозили с собой на остров. Последнее широко признанное научным сообществом наблюдение птицы в природе было зафиксировано в 1662 году. Всё, что нам осталось от дронтов – это не слишком точные художественные рисунки, немногочисленные останки и мудрый Додо, увековеченный на страницах «Алисы в Стране чудес» Льюиса Кэрролла.
Учёные потратили годы, пытаясь найти хорошо сохранившуюся ДНК птицы, прежде чем им удалось сделать это с помощью образца из Музея естественной истории Копенгагена.
Профессор Бет Шапиро из Калифорнийского университета в Санта-Круз рассказала, что её команда вскоре опубликует полную ДНК образца вымершей птицы:
"«Геном дронта полностью секвенирован. Расшифровка генома ещё не опубликована, но она уже есть».
Однако исследовательница предупредила, что вернуть птицу к жизни будет сложно.
«Предположим, у меня есть клетка, и она живёт в чашке Петри в лаборатории, и я редактирую её так, чтобы в ней было немного ДНК дронта. Но как мне затем превратить эту клетку в целое живое, дышащее, настоящее животное? Способ, которым мы можем это сделать, – клонирование. Этот же подход использовался для создания овечки Долли. Но мы не знаем, как это сделать с птицами из-за сложности их репродуктивных путей.
Таким образом, для птиц нужен другой подход, и это действительно фундаментальное технологическое препятствие на пути к возвращению додо», – говорит Шапиро.
Додо получил свое название от португальского слова, означающего «дурак», после того, как колонизаторы высмеяли его бесстрашие перед людьми-охотниками. Это бесстрашие и привело вид к гибели.
Маврикийский дронт был высотой около метра и мог весить 10-18 кг. На картинах изображаемая птица имела коричневато-серое оперение, жёлтые ноги, небольшой пучок хвостовых перьев и серую, неоперённую в лицевой части голову с чёрным, жёлтым или зелёным клювом.
Исследования ДНК показали, что ближайшие родственники додо – вымерший родригесский дронт и современный гривистый голубь из Юго-Восточной Азии. Вполне вероятно, что ученые отредактируют ДНК голубя, чтобы включить в него ДНК дронта и вернуть птиц к жизни.
Сейчас учёные гораздо лучше могут представить внешность загадочной птицы и её жизнь – по следам их исследований мы сделали о дронтах целую инфографику.
Они исчезли 119 лет назад.
Учёные поставили задачу вернуть к жизни крыс Rattus macleari, которых последний раз видели 119 лет назад на острове Рождества в Индийском океане.
Исследователи объясняют, что при попытках возвратить вымерший вид главным препятствием является проблема работы с деградировавшей ДНК, которая не даёт всей генетической информации, необходимой для реконструкции полного генома вымершего животного.
Однако эволюционному генетику Тому Гилберту из Копенгагенского университета (Дания) и его коллегам повезло. Мало того, что команде удалось получить почти весь геном грызуна, но, поскольку он относительно недавно отделился от других видов Rattus, он разделяет около 95% своего генома ссерой крысой, или пасюком (Rattus norvegicus).
«Это идеальный случай, потому что, когда вы секвенируете геном, вы должны сравнить его с надёжным современным эталоном», – заявил Том Гилберт.
После того, как ДНК секвенирована настолько хорошо, насколько это возможно, и геном сопоставлен с эталонным геномом живых видов, учёные идентифицируют те части геномов, которые не совпадают друг с другом. В дальнейшем они могут использовать технологию CRISPR для редактирования ДНК живых видов, чтобы они соответствовали ДНК вымерших.
Исследователи отмечают, что данный случай подходит для проверки этих методов, поскольку эволюционное расхождение между Rattus macleari и Rattus norvegicus похоже на расхождение между слоном и мамонтом.
Хотя секвенирование ДНК крысы с острова Рождества в основном прошло успешно, несколько ключевых генов отсутствовали. Эти гены были связаны с обонянием, а это означает, что «воскресшая» крыса с острова Рождества, вероятно, не сможет обрабатывать запахи так, как это делал вымерший грызун.
Учёные признают, что не смогут создать идеальную копию Rattus macleari, но она будет приближена к ней насколько это возможно. Гилберт говорит, что для создания экологически функционального мамонта, например, может быть достаточно отредактировать ДНК слона, чтобы животное покрылось шерстью и смогло жить на холоде.
Гилберт планирует попробовать провести фактическое редактирование генов на крысах, но хотел бы начать с видов, которые все ещё существуют. Так, он намерен начать с редактирования CRISPR генома чёрной крысы (Rattus rattus), чтобы изменить его на геном серой крысы, прежде чем пытаться воскресить крысу с острова Рождества.
Хотя учёный взволнован своими будущими исследованиями, весь трудоёмкий процесс всё же заставляет его задуматься.
«Я думаю, что это захватывающая технологическая идея. Но также нужно задаться вопросом, не лучше ли использовать средства на её осуществление, чтобы сохранить пока существующие исчезающие виды», – говорит Гилберт.
Остров Рождества находится в 500 км к югу от столицы Индонезии Джакарты, но является несамоуправляющейся внешней территорией Австралии. Учёные полагают, что крысы на этом острове вымерли из-за завезенных с континента болезней.
Последний раз это вымершее животное видели в 1936 году.
Тасманийский волк, он же, сумчатый волк, он же тилацин (Thylacinus cynocephalus) — животное с интересной историей. Зверь относился к отряду хищных сумчатых и, как все представители этого отряда, являлся эндемиком Австралии. С середины ХХ века этот вид считается вымершим, хотя в последнее время гуляют слухи о том, что представители вида сохранились, просто очень хорошо прячутся.
Учёные из Мельбурнского университета в Австралии решили не пытаться найти животное на просторах континента, а воскресить его генетическим способом. Команда работала над проектом в течение многих лет и наконец получила финансирование на его реализацию.
Исследователи объявили о создании Лаборатории интегрированных исследований генетического восстановления тасманийского волка стоимостью 3,6 миллиона долларов. Профессор Эндрю Паск из Университетской школы биологических наук сказал, что щедрое финансирование даёт им возможность разработать технологии, которые потенциально могут вернуть утраченные виды и защитить других сумчатых, находящихся на грани исчезновения. Он предлагает девять ключевых шагов для их возрождения, включая генетическое секвенирование.
Учёные надеются продвинуться вперёд в исследовании генома тасманийского волка, разработке методов использования клеток сумчатых животных для создания эмбриона и успешного преобразования этого эмбриона в суррогатную матку хозяина.
Учёные планируют взять клетки родственного вида, в данном случае австралийской сумчатой землеройки и преобразовать их в клетки тасманийского волка с помощью технологии CRISPR. По оценкам исследователей, эта работа может занять десятилетие или около того в зависимости от развития технологий.
В 2017 году учёным уже удалось секвенировать геном тасманийского волка, что стало важным шагом для его возвращения.
Тасманийский волк был самым крупным из хищных сумчатых мегафауны Австралии, доживших до наших дней. Сходство его облика и повадок с волчьими — пример конвергентной эволюции, а от ближайших родственников, хищных сумчатых, он резко отличался и размерами, и формой тела.
Последнее достоверно зафиксированное наблюдение животного в дикой природе произошло в 1930 году, а шесть лет спустя умер последний представитель вида в неволе.
14 сентября 2021 г.
Секвенирование ДНК
Исследователи из Массачусетского технологического института и Института Пастера во Франции разработали математический метод, позволяющий собирать целые геномы на персональном компьютере за считанные минуты. Это заметное достижение, поскольку стандартные методы сборки генома используют мощные и дорогие компьютеры и занимают примерно в 100 раз больше времени. «Мы можем быстро собрать целые геномы и метагеномы, включая микробные геномы, на скромном портативном компьютере», - сказала Бонни Бергер, профессор математики Саймонса в лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института (MIT) и автор книги исследование, опубликованное в журнале Cell Systems, в заявлении для прессы.
«Эта способность важна для оценки изменений в микробиоме кишечника, связанных с болезнями и бактериальными инфекциями, такими как сепсис, чтобы мы могли быстрее вылечить их и спасти жизни». Прошло уже два десятилетия с тех пор, как был секвенирован геном человека, и с тех пор были достигнуты значительные успехи в технологии секвенирования. Однако, хотя операции секвенирования становятся длиннее и точнее, сборка целых геномов по-прежнему требует времени и требует больших ресурсов компьютера.
Графы де Брейна - один из нескольких методов, используемых биоинформатиками при сборке геномов и генетических последовательностей, особенно длинных считываний. В этом исследовании Бергер и его коллеги создали то, что они называют подходом «минимизирующего пространства де Брейна» (mdBG), который отличается от того, что используется в настоящее время, поскольку он включает короткие последовательности нуклеотидов, называемые «минимизаторы», а не отдельные нуклеотиды.
«Наши графы де Брейна в пространстве минимизатора хранят лишь небольшую часть всех нуклеотидов, сохраняя при этом общую структуру генома, что позволяет им быть на порядки более эффективными, чем классические графы де Брейна», - пояснил Бергер. Команда проверила свой метод на данных о последовательности человека и обнаружила, что он способен точно собирать геномы. Используя свой подход mdBG, они собрали геном человека менее чем за 10 минут, используя 10 ГБ оперативной памяти, что легко достижимо на обычном ноутбуке или настольном компьютере.
«Кроме того, мы построили основанное на mdBG представление 661 405 бактериальных геномов, включающее 16 миллионов узлов и 45 миллионов ребер, и успешно проверили в нем гены антимикробной устойчивости за 12 минут», - пишут авторы, показывая, насколько полезен этот метод для медицинских исследователей.
В этом исследовании использовали высокоточные чтения PacBio (коэффициент ошибок 1%), и их алгоритм в настоящее время лучше всего адаптирован для этих чтений, хотя они надеются развивать его в будущем. «Мы также можем обрабатывать данные секвенирования с коэффициентом ошибок до 4%», - добавляет Бергер. «Благодаря тому, что секвенсоры с длительным считыванием с различным уровнем ошибок быстро падают в цене, эта возможность открывает дверь к демократизации анализа данных секвенирования».
Например, сверхдлинные считывания Oxford Nanopore в настоящее время имеют уровень ошибок 5–12%, но вскоре ожидается, что он упадет до 4% или ниже. «Мы планируем обратиться к полевым ученым, чтобы помочь им разработать быстрые участки для геномного тестирования, выходящие за рамки ПЦР и наборов маркеров, которые могут упустить важные различия между геномами», - говорит Бергер.
Хотите принять участие в распределенных вычислениях, тогда, Вам сюда:
На фото Андрей Комиссаров, заведующий лаборатории молекулярной вирусологии НИИ гриппа в Санкт-Петербурге. Именно они первыми в России секвенировали (расшифровали) геном SARS-CoV-2. Кстати говоря, слева от ноутбука лежит тот самый секвенатор на котором секвенировали этот вирус.
UPD: #comment_186457996
...фото и новость марта этого года. Вижу, что запутал людей, мой косяк.