Сотрудники института Крейга Вентера (J. Craig Venter Institute) сообщили об успешном создании первых микроорганизмов с искусственным геномом. Собранный из химически синтезированных фрагментов ДНК геном взял под контроль живые бактериальные клетки, в которые его внедрили, после чего все их свойства стали соответствовать содержащимся в нём «инструкциям». Это достижение, на которое было потрачено 40 млн долларов и 15 лет работы, позволяет надеяться, что не за горами создание микробов с нужными человеку свойствами, в том числе эффективных производителей вакцин, антибиотиков и дешевого топлива.
Крейг Вентер и его коллеги уже 15 лет упорно двигаются к великой цели — созданию искусственных микробов с заданными свойствами. В 1995 году они отсеквенировали геном бактерии Mycoplasma genitalium — обладателя самого маленького генома среди организмов, способных самостоятельно размножаться в лабораторной культуре (меньше геномы только у бактерий — внутриклеточных симбионтов и паразитов).
В ходе дальнейшей работы было показано, что из примерно 500 генов M. genitalium более сотни не являются жизненно необходимыми. Их можно по одиночке удалять или выводить из строя, и это не сказывается на жизнеспособности бактерии. Эти исследования позволили приблизительно очертить минимальный набор генов, необходимый для поддержания жизни и размножения бактерии в лабораторных условиях.
В дальнейшем команда Вентера отказалась от M. genitalium как основного объекта, потому что эта бактерия слишком медленно размножается. Ученые переключились на более быстро растущий вид — M. mycoides. Его геном был взят за основу при проектировании первых искусственных геномов, а на роль реципиента (бактерии, в которую будут внедрять синтетический геном) выбрали еще один вид микоплазм — M. capricolum.
В 2007 году исследователи добились замечательного успеха, о котором рассказано в заметке Первая в мире операция по пересадке генома позволила превратить один вид бактерий в другой («Элементы», 02.07.2007). Хромосому M. mycoides, тщательно очищенную от примесей, удалось пересадить в клетки M. capricolum. По-видимому, в бактериальных клетках сначала находились хромосомы обоих видов, но при делении некоторые из дочерних клеток унаследовали только донорскую хромосому. Эти клетки по всем своим свойствам соответствовали виду M. mycoides. Таким образом, удалось при помощи пересадки генома трансформировать один вид бактерий в другой.
Следующий важный рубеж был преодолен в 2008 году, когда команда сообщила об успешной сборке полного генома M. genitalium из химически синтезированных фрагментов (Gibson et al. Complete Chemical Synthesis, Assembly, and Cloning of a Mycoplasma genitalium Genome // Science. 2008. V. 319. P. 1215–1220). Молекулы ДНК длиной в несколько тысяч пар нуклеотидов (п.н.) сегодня изготавливаются на заказ биотехнологическими фирмами, такими как Blue Heron. Вы даете такой фирме последовательность нуклеотидов в виде текстового файла, платите деньги и получаете нужную молекулу хоть в чистом виде, хоть в виде плазмиды, вставленной в живую кишечную палочку. Но вот правильно собрать из таких фрагментов крупные молекулы длиной в сотни п.н., а тем более целый бактериальный геном — задача технически довольно сложная (размер генома M. genitalium — около 600 тысяч п.н., M. mycoides — миллион п.н.).
Вентер и его коллеги разработали эффективную, хотя и трудоемкую технологию такой сборки. Сначала заказываются нужные фрагменты ДНК с перекрывающимися 80-нуклеотидными концевыми участками. Затем десяток соседних фрагментов внедряют в дрожжевые клетки, где благодаря наличию перекрывающихся концов происходит их объединение в правильном порядке. Полученные более крупные фрагменты ДНК переносят в кишечную палочку, размножают, затем снова внедряют в дрожжи, где происходит их объединение в еще более крупные фрагменты, и так далее.
Авторам пришлось преодолеть немало технических трудностей, прежде чем они смогли изготовить синтетический геном M. genitalium, а затем и вдвое более крупный геном M. mycoides. Например, как отделить выделенные из дрожжей
NShader is a Visual Studio 2008 / 2010 extension that brings syntax highlighting for common shading languages: GLSL (OpenGL), HLSL (Direct3D) and Cg.
NShader does its by looking at the file extensions:
![]() ![]() Масса электрона равна 9,1 х 10−31 кг. Однако внутри кристалла электрон может вести себя как квазичастица с массой, существенно отличной от "номинальной" массы покоя: она даже может принимать отрицательное значение (иллюстрация Rajeev Ram/MIT). |
Специалисты из института Макса Борна (Max-Born-Institut Berlin) на опыте показали, что в определённых условиях электроны начинают вести себя так, словно у них отрицательная инертная масса.
В соответствии с физикой Ньютона ускорение тела по направлению совпадает с приложенной к нему силой и обратно пропорционально массе. Однако в микромире этот закон может нарушаться. Как гласит пресс-релиз научной группы, движение электронов в кристаллах следует ему, только пока мало электрическое поле, при превышении же некоего его порога масса электронов может принимать отрицательное значение.
Немецкие учёные исследовали движение электронов в полупроводнике арсениде галлия при комнатной температуре. Они прикладывали к образцу импульс электрического поля длительностью 300 фемтосекунд и напряжённостью 30 миллионов вольт на метр.
Измеряя отклик электронов с высокой точностью, физики обнаружили, что первые 100 фемтосекунд частицы, как и положено, ускорялись в "правильном" направлении, причём успевали набрать скорость 1111 километров в секунду. Но затем они резко тормозились за аналогичный период времени и даже начинали двигаться в обратном направлении, что можно интерпретировать только как отрицательное значение инерционной массы у электронов в данный момент.
Авторы эксперимента утверждают: полученные результаты согласуются с теоретическими расчётами, которые выполнил швейцарский физик, нобелевский лауреат Феликс Блох (Felix Bloch) более 80 лет назад. Учёные объясняют эффект как проявление частичной осцилляции Блоха и возникновение в кристалле нового режима переноса зарядов – когерентного их транспорта на ультракоротких временных отрезках.
Исследователи считают, что данное явление можно будет использовать в электронике следующего поколения, работающей с терагерцевыми тактовыми частотами. Подробности опыта раскрывает статья Physical Review Letters.