ДНК из канализации – причина будущей ПАНДЕМИИ 🧪 / Репич

Очистные сооружения Москвы ежедневно перерабатывают около 6 миллиардов литров воды, при этом чистые сточные воды составляют почти половину стока Москвы-реки. Хотя этот процесс, по-видимому, восстанавливает природу за счет очистки воды, он сопряжен с определенным риском. Малейший сбой в этой огромной системе может спровоцировать самоизоляцию всей страны и потенциально спровоцировать новую пандемию. Эта скрытая угроза, которая не ограничивается только Москвой, нависает над городскими центрами по всему миру, ожидая подходящего момента для дестабилизации.

Во время ночной прогулки по Москве вы увидите Институт молекулярной биологии, освещенный необычным фиолетовым светом, который намекает на инновационные генетические эксперименты. Обширный подвал, заполненный ультрахолодными морозильными камерами при температуре -76°C, хранит разнообразные микроорганизмы и опухолевые ткани, необходимые для исследований рака. В этих замороженных хранилищах хранится специальный флакон с кишечной палочкой, который служит примером точного подхода института к сохранению и изучению микроорганизмов.

Криоконсервация позволяет замораживать организмы, чтобы обеспечить их сохранность без необходимости выращивать бактерии заново. Замораживание незащищенных клеток приводит к тому, что вода внутри них расширяется и разрушает клеточную структуру, образуя кристаллы льда. Смешивание воды с высокой концентрацией глицерина предотвращает кристаллизацию, создавая стабильное некристаллическое состояние, которое проникает в клетки. Этот метод защищает клетки от внутренних повреждений и сохраняет жизнеспособность даже при очень низких температурах.

Эксперимент начинается с того, что бактерии помещают во флакон при температуре чуть выше 0°C, выдерживают в обычном холодильнике, а затем помещают на лед для обеспечения постепенного размораживания. Температура ультрахолодных образцов при температуре от -76°C повышается до 0°C, после чего автоматическая микропипетка точно переносит отмеренную каплю прозрачной жидкости в пробирку Эппендорфа, имитируя контролируемое обращение. Этот тщательный процесс, включающий последующий нагрев до 42°C после того, как наконечник пипетки будет удален, отражает тепловую динамику, характерную для очистки сточных вод в крупных городах.

ДНК выступает в качестве главного хранилища генетической информации, воспроизводя себя в каждом живом организме. Эта генетическая схема транскрибируется в РНК, которая затем преобразуется в белки, из которых строятся основные ткани организма. Эти белки также функционируют как ферменты, катализирующие различные химические реакции, хотя и жизненно важные для процессов, поддерживающих жизнь.

Продвижение уникального образования в области химии и биологии Видео начинается с приглашения поставить лайк, подписаться и поделиться контентом, продвигая Telegram-канал, на котором представлены уникальные курсы по химии и биологии. Канал предоставляет дополнительные материалы, предназначенные для учащихся 9-11 классов, которые помогают им подготовиться к ключевым экзаменам. В описании приведены подробные ссылки и варианты финансовой поддержки для поддержки производства новых видеороликов.

Вертикальный перенос генов Определяет наследуемые признаки ДНК представлена как важнейшая молекула, определяющая специфические признаки и общую жизнеспособность организма. Наглядный пример показывает, как наследственные характеристики, такие как цвет глаз, передаются от родителей к потомству. Такая вертикальная передача генетического материала обеспечивает надежную передачу существенных признаков из поколения в поколение.

Горизонтальный перенос генов стимулирует генетический обмен у бактерий Бактерии могут обмениваться генетическим материалом в пределах одного поколения посредством горизонтального переноса генов. Три процесса — конъюгация, трансдукция и трансформация — объясняют, как бактерия-донор переносит ДНК через pil, как бактериофаг переносит ДНК между клетками и как поглощаются свободно плавающие молекулы ДНК. Различия в компетентности бактерий определяют их способность встраивать внешнюю ДНК, что иллюстрирует сложный механизм, лежащий в основе генетического разнообразия.

Молекулы ДНК проявляют удивительную устойчивость, выживают в экстремальных условиях и перемещаются по воздуху и воде без немедленного разрушения. Их структурированная природа позволяет им выдерживать временное воздействие, даже если бактерии окружающей среды представляют потенциальную опасность. В точной экспериментальной установке используется прозрачная жидкость, содержащая четко определенную ДНК, которая подготавливается к внедрению в живой организм с помощью контролируемых термических и механических процессов. Процедура включает в себя разработку питательной среды и тщательный контроль температуры образца для поддержания его стабильности перед введением в эксперимент.

Сбалансированный состав питательной среды В тщательно подобранной рецептуре агар, хлорид натрия, пептоны и дрожжевой экстракт сочетаются для создания среды, поддерживающей жизнеспособность клеток. Агар действует как загуститель, в то время как хлорид натрия поддерживает одинаковую концентрацию ионов, предотвращая осмотический шок. Пептоны являются важным строительным материалом для синтеза белка, а дрожжевой экстракт содержит жизненно важные витамины, аминокислоты и нуклеотиды. Ингредиенты тщательно подобраны из расчета около 4 граммов на 100 мл воды, чтобы обеспечить стабильную и сбалансированную среду.

Стерилизация и подготовка к генетической трансформации Смесь тщательно растворяют во флаконе, а затем нагревают в термостатируемом контейнере, наполненном водой, при температуре 121°C в течение 15 минут. Такая термическая обработка приводит к равномерному расплавлению агара и дезинфекции раствора за счет удаления микробных загрязнений. В результате контролируемого процесса создается стабильная стерильная среда, необходимая для поддержания жизни и точной биологической работы. Это также создает предпосылки для генетической трансформации, создавая условия, которые стимулируют клетки к развитию способности интегрировать чужеродную ДНК, что указывает на то, что этап замораживания может еще больше усовершенствовать процесс.

В аннотации показана кривая роста бактерий, которая проходит четыре различные фазы — замедление, экспоненциальный рост, стационар и гибель — в замкнутой среде, где преобладают ограниченность ресурсов и накопление токсинов. Клетки сначала адаптируются в течение замедленной фазы, а затем переходят в экспоненциальную фазу, характеризующуюся быстрым делением и резким увеличением численности. По мере истощения питательных веществ наступает фаза покоя, которая сопровождается снижением жизнеспособности клеток и накоплением отходов, что в конечном итоге приводит к фазе гибели, когда погибают даже самые жизнеспособные клетки. Примечательный случай показывает, что бактерии, замороженные именно в тот момент, когда их адаптация и уровень питательных веществ достигают пика, едва ли способны захватить ДНК окружающей среды, подчеркивая, что готовность к трансформации зависит от точного времени и экологических ограничений.

Многочисленные фосфатные группы ДНК создают сильный отрицательный заряд, в то время как фосфолипиды клеточной мембраны также обладают отрицательными свойствами, что приводит к возникновению сил отталкивания, препятствующих тесному взаимодействию. Хлорид кальция создает положительные ионы, которые проникают между ДНК и клеточной стенкой, нейтрализуя эти заряды. Нейтрализация заряда позволяет ДНК приблизиться к клеточной мембране, облегчая химическую трансформацию, необходимую для поглощения.

При термическом шоке используются быстрые изменения температуры — начиная с воздействия льда, кратковременного повышения до 42°C и возвращения ко льду — для создания временных пор в клеточных стенках бактерий. Внезапное изменение вызывает небольшую деформацию, позволяющую плазмидной ДНК проникать в клетку через эти отверстия. Попав внутрь, бактерии заживляют поры, задерживая чужеродную ДНК внутри. Кроме того, такие методы, как электропорация, могут стимулировать искусственное усвоение генов, более подробная информация будет предоставлена извне.

Стерильная среда и подготовка питательных веществ Термически стерилизованная питательная среда имеет однородный желтый цвет и готова поддерживать рост бактерий, а раствор пенициллина отложен для последующего сравнения. Ламинарная вытяжка, продезинфицированная ультрафиолетовым излучением и оснащенная направленным вниз потоком воздуха, обеспечивает надежную защиту от загрязнения. Перед тем как перелить среду в чашку Петри, кончик пипетки на короткое время опрыскивают спиртом для уничтожения посторонних бактерий. Смесь тщательно перемешивают и дают ей застыть, что свидетельствует о завершении процесса очистки от загрязнений.

Точный посев бактерий и сравнительная инкубация Откалиброванной микропипеткой наносят небольшую каплю модифицированного бактериального образца на затвердевшую среду, после чего используют стеклянную палочку, нагретую пламенем, для равномерного распределения клеток по чашке Петри. Этот стержень, выполняющий функцию лопатки Дригальского, обеспечивает равномерное высевание семян, уничтожая все оставшиеся нежелательные бактерии. В дополнительных блюдах при температуре -76°C без применения антибиотика можно получить бактериальную пробу, что позволяет сравнить эффект трансформации. Все блюда имеют четкую маркировку и выдерживаются при температуре 37°C, что обеспечивает оптимальные условия для роста бактерий в течение нескольких дней.

Редактирование генетического кода включает в себя интеграцию чужеродной ДНК в клетку, где различные молекулы играют уникальные роли. Хромосомная ДНК, выделенная красным цветом, определяет индивидуальность клетки, гарантируя, что она остается верной своему происхождению, а не напоминает совершенно другой организм. Напротив, плазмиды, выделенные синим цветом, состоят из кольцевых сегментов ДНК, которые кодируют дополнительные признаки, обеспечивающие преимущества при выживании в условиях экологического стресса. Когда чужеродная ДНК становится частью бактериальной клетки, она может сливаться с первичным геномом, эффективно повышая способность клетки адаптироваться и процветать.

Схема синтетической плазмиды: архитектура ДНК из четырех частей Модифицированная плазмида, получившая название P Turbo J fpb, собрана с помощью точной генной инженерии в четыре отдельных сегмента ДНК. Желтый фрагмент создает условия для превращения бактерий в специализированные белковые фабрики, в то время как белый сегмент обеспечивает саморепликацию и вертикальное наследование генов. Два дополнительных сегмента — зеленый и последовательный — транскрибируются РНК-полимеразой для управления синтезом белков с определенными свойствами, каждый из которых является неотъемлемой частью кольцевой структуры ДНК.

Устойчивость к антибиотикам обусловлена активацией бета-лактамазы и уникальным генным кодом Определенный фрагмент серии управляет синтезом бета-лактамазы, фермента, который разрушает бета-лактамное кольцо пенициллина, обеспечивая процветание только бактерий, оснащенных плазмидами, в присутствии антибиотика. Бактерии, интегрирующие плазмиду, приобретают замечательную способность дезактивировать пенициллин, эффективно преобразуя свой метаболизм в средство для производства целевого белка. Эксклюзивный зеленый сегмент, известный как "пантелис", содержит уникальный код ДНК, который управляет образованием особого белка, химическая структура которого повторяет структуру белка, отображаемого на экране.

Уникальный белок медузы ознаменовал собой поворотный момент в генной инженерии. Ученые расшифровали ДНК организмов, которые естественным образом продуцируют этот особый белок, и определили критический фрагмент, ответственный за его синтез. Благодаря внедрению этой точной генетической последовательности в любой организм, универсальные химические законы обеспечивают стабильное функционирование. Этот прорыв открывает инновационные пути в биотехнологии, используя собственные разработки природы.

Флуоресцентный белок выявляет генетические изменения у бактерий В контролируемом эксперименте немодифицированные бактерии культивировались в чашке Петри, не содержащей антибиотиков, и наблюдался типичный рост колоний. В отдельной чашке генетически модифицированные бактерии, которые были сконструированы с устойчивостью к антибиотикам, синтезировали уникальный флуоресцентный белок. Под воздействием ультрафиолетового излучения флуоресцентный белок светился зеленым, что четко отличало экспрессию активного белка от экспрессии спящей плазмиды, несущей инструкции для гена.

Сохранившиеся последовательности ДНК Сигнализируют о скрытой устойчивости к антибиотикам Ученые обнаружили, что, несмотря на тщательную очистку воды, в очищенных сточных водах все еще сохраняются следы ДНК, кодирующей устойчивость к антибиотикам. Идентифицированные фрагменты ДНК не светятся, потому что они содержат только инструкции для генов, а не активный белок. Это открытие показывает, что даже после уничтожения большинства микроорганизмов молекулярная основа устойчивости остается в окружающей среде.

Действия человека способствуют распространению устойчивых генов Антибиотики, добавляемые в корм для домашней птицы, создают среду, в которой бактерии постепенно приобретают устойчивость в течение жизни следующих поколений. Устойчивые бактерии или их ДНК попадают в канализационные системы с ферм на водоочистные сооружения, что указывает на непреднамеренный путь передачи генов. Это повествование подчеркивает, как повседневное вмешательство человека, несмотря на свою экономическую эффективность, способствует сохранению и распространению устойчивости к антибиотикам в природе.

Городские канализационные системы Концентрируют гены устойчивости Очистные сооружения в густонаселенных городах содержат миллиарды молекул, каждая из которых содержит гены устойчивости к антибиотикам. В таких мегаполисах, как Москва, эти молекулы собираются в очистных сооружениях, прежде чем попасть в реки. Речные отложения выделяют соли кальция, которые медленно распадаются на заряженные ионы, что создает основу для генетических взаимодействий между бактериями.

Ионы кальция стимулируют естественную трансформацию бактерий Контролируемые эксперименты показали, что ионы кальция играют ключевую роль в способности бактерий поглощать фрагменты ДНК, и этот процесс в лабораторных условиях еще более усиливается при термическом воздействии. В обширных природных водоемах огромные популяции бактерий в сочетании с обилием ионов кальция обеспечивают высокую вероятность трансформации. Более того, некоторые бактерии обладают врожденной способностью поглощать чужеродную ДНК без дополнительной стимуляции, что создает непосредственную угрозу для здоровья, когда они попадают в пищу или воду человека.

Известная бактерия, с которой когда-то легко справлялись антибиотики, приобрела устойчивость к ним, что делает традиционные методы лечения неэффективными. Когда бактерии преодолевают воздействие нескольких типов лекарств, единственным выходом становится строгая самоизоляция. Устойчивые микробы, возможно, уже циркулируют в окружающей среде, поджидая ничего не подозревающего хозяина при минимальном воздействии.

Биотехнология и генная инженерия признаны инновационными областями, которые позволяют достичь замечательных, а иногда и загадочных результатов. Способность этих методов создавать или уничтожать полностью зависит от решений человека, а не от генетического материала как такового. Научное сотрудничество, примером которого является поддержка со стороны известного института молекулярной биологии, имеет важное значение для этих достижений. Рефлексивное напоминание подчеркивает, что наш коллективный выбор формирует будущее, в котором переплетаются инновации и осознанная память.