ข้อมูล

นักวิทยาศาสตร์ถ่ายโอน DNA เฉพาะในออปโตเจเนติกส์อย่างไร?

นักวิทยาศาสตร์ถ่ายโอน DNA เฉพาะในออปโตเจเนติกส์อย่างไร?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ฉันค่อนข้างใหม่ต่อการดัดแปลงพันธุกรรมและฉันสงสัยใน Optogenetics (สาขาประสาทวิทยา) ว่านักวิทยาศาสตร์ถ่ายโอนสาย DNA ที่ต้องการจากเซลล์เปิดช่องไอออนที่ไวต่อแสง (ฉันลืมชื่อ) ไปยังเซลล์ประสาทเฉพาะที่จะ เติบโตเซลล์เหล่านี้ไวต่อแสงสีเขียวและกระตุ้นศักยภาพในการดำเนินการในเซลล์ประสาท? (เปิดช่องไอออนของเซลล์ประสาท)

ฉันไม่เข้าใจว่านักวิทยาศาสตร์รู้ได้อย่างไรว่าต้องตัด DNA สายใดออกจากต้นทางและวางไว้ที่ใดในเป้าหมาย ฉันหมายความว่า ถ้านักวิทยาศาสตร์สามารถทำได้ ทำไมไม่ตัดส่วนที่เติบโตของ DNA ของฉันแล้วใส่ผีเสื้อกับบูม คุณมีผีเสื้อแบบมีขา ใช่ไหม?


ฉันคิดว่าคำถามของคุณสามารถแบ่งออกเป็นสองสามส่วน:

1. นักวิทยาศาสตร์รู้ได้อย่างไรว่าลำดับ DNA ใดเข้ารหัสโปรตีนจำเพาะ

ดูเหมือนว่าคุณได้ถามคำถามนี้ที่นี่ ซึ่งฉันจะตอบแยกกัน ดังนั้นโปรดไปอ่านคำตอบของฉันที่นั่นก่อน :)

2. นักวิทยาศาสตร์ถ่ายทอดยีนระหว่างสิ่งมีชีวิตอย่างไร?

@CKM ทำงานได้ดีมากในการอธิบายว่าการถ่ายโอน lentiviral ทำงานอย่างไร เป็นวิธีการทั่วไปในการนำยีนเข้าสู่สิ่งมีชีวิต สองสามขั้นตอนก่อนหน้านั้น: ถ้าคุณรู้ลำดับของยีนและต้องการตัดมันออก คุณสามารถใช้ เอนไซม์จำกัด ซึ่งจำตำแหน่งเฉพาะใน DNA และตัดที่นั่นเท่านั้น จากนั้น คุณสามารถทำให้บริสุทธิ์และขยายลำดับดีเอ็นเอนั้นด้วยปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส (PCR)

เพื่อจัดการกับประเด็นย่อยข้อหนึ่งของคำถามของคุณ เป็นความจริงที่ lentivirus จะรวมยีนที่น่าสนใจเข้ากับ สุ่ม ตำแหน่งภายในจีโนม อาจอยู่ในภูมิภาคที่ไม่มีการเข้ารหัส มันอาจจะอยู่ในยีนอื่น คุณจะต้องทำตามลำดับเพื่อหา

3. นักวิทยาศาสตร์ทำสิ่งนี้อย่างไรเพื่อประดิษฐ์ออพโตเจเนติกส์?

ในกรณีของแชนเนลโรดอปซิน นักวิทยาศาสตร์สังเกตว่าสาหร่ายขนาดเล็กสามารถตรวจจับและว่ายเข้าหาแสงได้ พวกเขาใช้การจัดลำดับ EST เพื่อค้นหายีนที่รับผิดชอบ เมื่อแยกยีนรับแสงได้ นักวิทยาศาสตร์ได้สร้าง lentiviruses ที่มียีนนี้ (รวมทั้งยีนโปรตีนเรืองแสง) และเซลล์ประสาทที่ติดเชื้อด้วย ที่เหลือคือประวัติศาสตร์

หนึ่งอาหารอันโอชะสุดท้าย: แม้ว่าคุณจะไม่สามารถให้ยีนของขามนุษย์กับผีเสื้อได้อย่างแน่นอน แต่คุณสามารถทำให้ขาผีเสื้อเติบโตในที่แปลก ๆ ได้ ต้องขอบคุณครอบครัวของปัจจัยการถอดรหัสที่เรียกว่ายีน Hox ผู้คนเรียนรู้เกี่ยวกับยีน Hox ในแมลงวันโดยการกลายพันธุ์ของยีนต่างๆ และสังเกตสิ่งแปลกประหลาดที่เกิดขึ้น เช่น ขาที่กำลังเติบโตในบริเวณที่หนวดควรจะเติบโต Google เสาอากาศ เพื่อดูว่าฉันหมายถึงอะไร


อย่างแรกเลย การมียีนไม่ได้หมายความว่าคุณสามารถทำให้มันทำงานได้ตามที่ตั้งใจไว้ และการปรับแต่งสารพันธุกรรมตามอำเภอใจอาจทำให้เกิดผลที่ไม่พึงประสงค์ได้ ตัวอย่างเช่น ถ้าฉันแสดงออก p53 มากเกินไป ซึ่งเป็นยีนปราบปรามเนื้องอกทั่วไป เซลล์จะผ่านกระบวนการอะพอพโทซิส (1) ถ้าฉันทำลาย/ลบยีนเดียวกัน เซลล์อาจได้รับการตายของเซลล์หรืออาจกลายเป็นมะเร็งได้ แน่นอนว่าพัฒนาการของมนุษย์ถูกควบคุมโดยยีนหลายร้อยตัวในแต่ละครั้ง ดังนั้น ขาของผีเสื้อจึงซับซ้อนกว่ายีนเพียงตัวเดียว

วิธีการทั่วไปในการแทรกยีนเข้าไปในจีโนมของโฮสต์คือการถ่ายยีนเลนติไวรัส การสร้างเวกเตอร์ lentiviral มีรายละเอียดที่นี่ กลยุทธ์ที่คล้ายกันสำหรับการถ่ายเลือดโดยใช้ HEK293 สำหรับการผลิตไวรัสได้อธิบายไว้ในเอกสารต่อไปนี้ ฉันไม่มีความรู้เกี่ยวกับออพโตเจเนติกส์ แต่ฉันพยายามอย่างดีที่สุดเพื่อค้นหาบทความในสาขาที่ใช้วิธีปฏิบัติ ในกรณีที่คุณไม่สามารถเข้าถึงบทความ

การผลิตไวรัส

เซลล์ HEK293T (ATCC, UK) ได้รับการเพาะเลี้ยงในอาหารเลี้ยงเชื้อ Dulbecco ดัดแปลงของ Iscove (Sigma-Aldrich ประเทศเยอรมนี) เสริมด้วย FCS 10% (v/v) (Sigma-Aldrich) และ penicillin-streptomycin-glutamine (Sigma-Aldrich) ในขนาด 5 × จาน 150 มม. หลังจากการบรรจบกันถึง 80% เซลล์ถูกถ่ายในสื่อที่ปราศจากซีรั่มด้วย helper plasmids pRV1, pH21 และ pDFΔ6 และ pAAV1/2-hSyn-BLINK-IRES-eGFP หรือ pAAV1/2-hSyn-IRES-eGFP ที่อัตราส่วนโมลาร์ 1:1 ด้วย CaCl2 ในวันถัดไป ตัวกลางถูกแทนที่ด้วยตัวกลางที่ประกอบด้วยซีรัม และ 48 ชั่วโมงหลังจากการเก็บเกี่ยวเซลล์การทรานส์เฟกชัน อัดเม็ดและแขวนตะกอนอีกครั้งในสารละลายสลาย (150 mM NaCl, 20 mM Tris, pH 8)…

วัฒนธรรมและการเปลี่ยนถ่าย

วัฒนธรรมหลักของเซลล์ประสาทของฮิปโปแคมปัสถูกเตรียมจากตัวอ่อนวันที่ 18-19 (E18- E19) หนูฮิปโปแคมปีตามที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้43 การทดลองทั้งหมดได้รับการอนุมัติจากคณะกรรมการการดูแลและการใช้สัตว์ประจำสถาบันของมหาวิทยาลัยมิลานและกระทรวงสาธารณสุขของอิตาลี (#326/2015) เซลล์ประสาทถูกถ่ายเซลล์ที่ 7 วัน ในหลอดทดลอง (DIV7) ด้วยวิธีตกตะกอนแคลเซียม-ฟอสเฟตด้วยพลาสมิด DNA 4 ไมโครกรัมสำหรับ GFP สำหรับการทดลองเพื่อประเมินการกระจายแอกซอนและเดนไดรต์ของ BLINK2 ที่รายงานในรูปที่ 2c เซลล์ประสาทติดเชื้อ AAV1/2-hSyn-BLINK2-IRES-eGFP ที่ DIV10 และแก้ไขที่ DIV12 สำหรับการตรวจอิมมูโนไซโตเคมี

มีวิธีการมากกว่านี้ แต่ในระยะสั้น พวกมันถ่ายเทเซลล์ 293 เซลล์ด้วยพลาสมิดเหล่านี้ซึ่งสร้างไวรัสที่ใช้งานได้ซึ่งปิดล้อมพลาสมิดที่น่าสนใจ จากนั้นพวกมันเก็บเกี่ยวไวรัสและใช้ในการถ่ายทอดเซลล์ประสาทด้วยยีนของ น่าสนใจ.


คำถาม & ampA: ความก้าวหน้าในการล้างเนื้อเยื่อและออพโตเจเนติกส์จะช่วยให้เราเข้าใจชีววิทยาปกติและโรคได้อย่างไร

อวัยวะของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมประกอบด้วยเซลล์ต่างๆ ที่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันและมีบทบาททางชีววิทยาที่แตกต่างกัน การเข้าถึงเพื่อประเมินและรบกวนระบบทางชีววิทยาที่ไม่บุบสลายในระดับเซลล์และระดับโมเลกุลเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้เข้าใจถึงการทำงานของพวกมันอย่างถ่องแท้ในสภาวะปกติและในสภาวะที่เป็นโรค แต่ข้อจำกัดทางเทคนิคได้จำกัดการวิจัยส่วนใหญ่ไว้ที่เนื้อเยื่อชิ้นเล็กๆ การล้างเนื้อเยื่อและออพโตเจเนติกส์สามารถช่วยเอาชนะอุปสรรคนี้ได้: การล้างเนื้อเยื่อช่วยให้มีการสอบสวนเกี่ยวกับอวัยวะทั้งหมดในระดับโมเลกุล และออพโตเจเนติกส์ช่วยให้สามารถควบคุมและวัดกิจกรรมของเซลล์ด้วยแสงที่ปรับขนาดได้ ในคำถาม & ampA นี้ เราอธิบายความก้าวหน้าล่าสุดและความท้าทายเชิงปฏิบัติที่เกี่ยวข้องกับสองเทคนิคนี้เมื่อนำไปใช้ทั่วทั้งร่างกาย


การศึกษา DNA ที่แพร่กระจายโดยยุงดัดแปลงพันธุกรรมทำให้เกิดฟันเฟือง

เป็นเวลา 10 ปีที่บริษัท Oxitec ได้ทำการทดสอบว่ายุงดัดแปลงพันธุกรรม (GM) สามารถยับยั้งประชากรพี่น้องตามธรรมชาติของพวกมันได้หรือไม่ ซึ่งมีไวรัสทำลายล้างเช่น Zika และไข้เลือดออก กลยุทธ์: ปรับใช้ (ไม่กัด) ชาย ยุงลาย ยุงที่มียีนซึ่งน่าจะทำลายลูกหลานส่วนใหญ่ก่อนวัยอันควร

ตอนนี้ ทีมนักวิจัยอิสระที่วิเคราะห์การทดลองเทคโนโลยีของ Oxitec ในระยะแรกกำลังส่งสัญญาณเตือนและดึงไฟออกจากบริษัท โดยมีรายงานว่าลูกหลานของยุงดัดแปลงพันธุกรรมบางตัวรอดชีวิตและให้กำเนิดลูกหลานที่มีวุฒิภาวะทางเพศได้เช่นกัน เป็นผลให้ยุงในท้องถิ่นได้รับชิ้นส่วนของจีโนมของยุง GM ทีมงานเปิดเผยเมื่อสัปดาห์ที่แล้วใน รายงานทางวิทยาศาสตร์.

ไม่มีหลักฐานว่าลูกผสมเหล่านี้เป็นอันตรายต่อมนุษย์มากกว่ายุงป่า หรือจะทำให้กลยุทธ์ของ Oxitec ไม่ได้ผล ทั้งผู้เขียนบทความและบริษัทเห็นด้วย “สิ่งสำคัญคือสิ่งที่ไม่คาดคิดเกิดขึ้น” เจฟฟรีย์ พาวเวลล์ นักพันธุศาสตร์ประชากรแห่งมหาวิทยาลัยเยล ซึ่งทำการศึกษาร่วมกับนักวิจัยชาวบราซิลกล่าว “เมื่อผู้คนพัฒนาสายพันธุกรรมหรืออะไรก็ตามที่จะปล่อย ข้อมูลเกือบทั้งหมดของพวกเขามาจากการศึกษาในห้องปฏิบัติการ … สิ่งต่าง ๆ ไม่ได้เป็นไปตามที่คุณคาดหวังเสมอไป”

แต่ข้อเสนอแนะของหนังสือพิมพ์ที่ว่าการผสมทางพันธุกรรมนี้อาจทำให้ประชากรยุง “แข็งแกร่งขึ้น” เช่น ต้านทานยาฆ่าแมลง หรือมีแนวโน้มที่จะแพร่โรคมากขึ้น ได้จุดชนวนรายงานข่าวต่อต้านจีเอ็ม ฟันเฟืองจากนักวิทยาศาสตร์บางคน และรุนแรง กระแสตอบรับจาก Oxitec บริษัท ซึ่งเป็น บริษัท ย่อยของ Intrexon เทคโนโลยีชีวภาพของสหรัฐอเมริกามีความเสี่ยงมากมายที่เพิ่งส่งยุง GM รุ่นใหม่สำหรับการตรวจสอบกฎระเบียบของสหรัฐอเมริกาและหวังว่าจะทำการทดสอบภาคสนามครั้งแรกในสหรัฐอเมริกาในปีหน้า

นาธาน โรส หัวหน้าฝ่ายวิทยาศาสตร์และกฎข้อบังคับของ Oxitec ในอ็อกซ์ฟอร์ด สหราชอาณาจักร กล่าวว่า "เราไม่แปลกใจกับผลลัพธ์ แต่สิ่งที่เราประหลาดใจคือการคาดเดาที่ผู้เขียนสร้างขึ้น" เขากล่าวว่าบริษัทได้ถาม Nature Research ซึ่งเผยแพร่ รายงานทางวิทยาศาสตร์เพื่อ "จัดการกับช่วงของข้อความที่ทำให้เข้าใจผิดและการเก็งกำไร" ในการศึกษา เมื่อวันอังคารที่ผ่านมา วารสารดังกล่าวได้เพิ่มบันทึกของบรรณาธิการลงในกระดาษว่าข้อสรุปของวารสารดังกล่าว “อยู่ภายใต้การวิพากษ์วิจารณ์ซึ่งอยู่ระหว่างการพิจารณาของบรรณาธิการ”

ก่อนที่ Oxitec จะทำการปล่อยยุงดัดแปลงในบราซิล มาเลเซีย และหมู่เกาะเคย์แมน นักบินก็รู้ว่ายีนที่ใส่เข้าไปนั้นไม่ได้ทำให้ถึงตายอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ การทดสอบในห้องปฏิบัติการแสดงให้เห็นว่าเมื่อตัวผู้ GM ผสมพันธุ์กับตัวเมียป่า ประมาณ 3% ของลูกหลานของพวกมันรอดชีวิต “เราชัดเจนมากเกี่ยวกับเรื่องนี้” โรสกล่าว

สิ่งที่ไม่ชัดเจนคือว่าลูกหลานที่หายากเหล่านั้นซึ่งมักจะป่วยในห้องแล็บสามารถให้กำเนิดลูกหลานได้หรือไม่พาวเวลล์กล่าว เพื่อดูว่าผู้รอดชีวิตมีอาการดีพอที่จะแพร่กระจาย DNA ของพวกเขาในป่าได้หรือไม่ เขาจึงติดต่อผู้ทำงานร่วมกันของ Oxitec ก่อนการทดลองภาคสนามครั้งใหญ่ในเมืองจาโคบีนาของบราซิล จากปี 2013 ถึงปี 2015 Oxitec ได้ปล่อยยุงตัวผู้ประมาณ 450,000 GM ต่อสัปดาห์ที่นั่น ซึ่งบริษัทรายงานว่าลดจำนวนยุงโดยรวมลงประมาณ 90% พาวเวลล์และผู้ทำงานร่วมกันได้รวบรวมยุงจากย่านต่างๆ ก่อน ระหว่าง และใน 3 เดือนหลังการทดลอง ภายในประชากรเหล่านี้ พวกเขาประเมินว่าระหว่าง 5% ถึง 60% ของแมลงมี DNA บางส่วนจากสายพันธุ์ Oxitec ในจีโนมของพวกมัน มากถึง 13% ของจีโนมในกรณีเดียว

Jason Rasgon นักกีฏวิทยาจากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐเพนซิลวาเนียใน State College ซึ่งศึกษาโรคที่เกิดจากแมลงกล่าวว่าการค้นพบทางพันธุกรรมมีความสำคัญ “แต่ฉันคิดว่ามีหลายสิ่งที่เกินจริงและขาดความรับผิดชอบเกี่ยวกับบทความนี้” Rasgon ผู้ไม่มีความสัมพันธ์ทางการเงินกับ Oxitec กล่าว ผู้เขียนควรเน้นย้ำว่าไม่พบยุงใดๆ ที่มีทรานส์ยีนของ Oxitec เขากล่าวว่าหมายถึงยีนทั้งสองซึ่งต่างจาก ก. อียิปต์นำมาใช้เพื่อฆ่าลูกหลานและติดฉลากเรืองแสงให้ยุงเป็น GM DNA ใหม่ที่ปรากฏในกลุ่มประชากรของยาโคบินามาจาก "ภูมิหลัง" ทางพันธุกรรมของยุง Oxitec ซึ่งเป็นการผสมข้ามสายพันธุ์จากคิวบาและเม็กซิโก

Rasgon เช่นเดียวกับ Oxitec มีปัญหากับการยืนยันของหนังสือพิมพ์ว่าการผสมจีโนม "น่าจะ" ทำให้ประชากรแข็งแกร่งขึ้นโดยการเพิ่มความหลากหลายทางพันธุกรรม ("การทดลองควบคุมยุงดัดแปลงพันธุกรรมที่ล้มเหลวอาจทำให้แมลงป่าแข็งแกร่งขึ้น" อ่านพาดหัวข่าวหนึ่งเรื่องเมื่อสัปดาห์ที่แล้ว) "เราไม่ทราบว่าเป็นกรณีนี้ แต่เรารู้ว่าประชากรกลุ่มนี้เป็นลูกผสมของสามสายพันธุ์" พาวเวลล์กล่าว . อย่างไรก็ตาม ทีมงานของเขาไม่ได้ทดสอบว่ายุงลูกผสมมีความทนทานต่อยาฆ่าแมลงหรือมีโอกาสแพร่โรคมากกว่าหรือไม่ Rose กล่าวว่าไม่เป็นความจริงสำหรับยุง Oxitec

Rasgon กังวลว่า รายงานทางวิทยาศาสตร์ กระดาษได้จุดชนวนความสงสัยที่ไม่มีมูลเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม การเปิดตัว Oxitec ที่เสนอก่อนหน้านี้ในฟลอริดาต้องเผชิญกับการคัดค้านจากผู้อยู่อาศัย “ฉันไม่คิดว่า [กระดาษ] จะต้องถูกรื้อถอน แต่ควรมีการชี้แจงหรือแถลงการณ์หรือบางสิ่งบางอย่าง” เขากล่าว


นักวิทยาศาสตร์ถ่ายโอน DNA จำเพาะในออปโตเจเนติกส์อย่างไร? - ชีววิทยา

กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) เป็นกรดนิวคลีอิกที่มีคำแนะนำทางพันธุกรรมสำหรับการพัฒนาและการทำงานของสิ่งมีชีวิต

สิ่งมีชีวิตเซลล์ที่รู้จักทั้งหมดและไวรัสบางชนิดมี DNA

บทบาทหลักของ DNA ในเซลล์คือการจัดเก็บข้อมูลในระยะยาว

มักถูกนำไปเปรียบเทียบกับพิมพ์เขียว เนื่องจากมีคำแนะนำในการสร้างส่วนประกอบอื่นๆ ของเซลล์ เช่น โปรตีนและโมเลกุลอาร์เอ็นเอ

ส่วนดีเอ็นเอที่มีข้อมูลทางพันธุกรรมเรียกว่ายีน แต่ลำดับดีเอ็นเออื่นๆ มีวัตถุประสงค์เชิงโครงสร้าง หรือมีส่วนเกี่ยวข้องในการควบคุมการแสดงออกของข้อมูลทางพันธุกรรม

ในยูคาริโอต เช่น สัตว์และพืช DNA ถูกเก็บไว้ในนิวเคลียสของเซลล์ ในขณะที่โปรคาริโอต เช่น แบคทีเรียและอาร์เคีย DNA อยู่ในไซโตพลาสซึมของเซลล์

DNA ต่างจากเอ็นไซม์ตรงที่ DNA ไม่ได้ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับโมเลกุลอื่น ๆ แต่เอ็นไซม์ต่าง ๆ ทำหน้าที่ใน DNA และคัดลอกข้อมูลของมันไปไว้ใน DNA มากกว่านั้น ในการจำลอง DNA หรือถ่ายทอดให้เป็นโปรตีน

โปรตีนอื่นๆ เช่น ฮิสโตนมีส่วนเกี่ยวข้องกับการบรรจุ DNA หรือซ่อมแซมความเสียหายต่อ DNA ที่ทำให้เกิดการกลายพันธุ์

ดีเอ็นเอเป็นพอลิเมอร์ขนาดยาวของหน่วยง่าย ๆ ที่เรียกว่านิวคลีโอไทด์ ซึ่งยึดเข้าด้วยกันโดยกระดูกสันหลังที่ทำจากน้ำตาลและกลุ่มฟอสเฟต

แกนหลักนี้มีโมเลกุลสี่ประเภทที่เรียกว่าเบส และเป็นลำดับของเบสทั้งสี่ที่เข้ารหัสข้อมูล

หน้าที่หลักของ DNA คือการเข้ารหัสลำดับของกรดอะมิโนตกค้างในโปรตีน โดยใช้รหัสพันธุกรรม

ในการอ่านรหัสพันธุกรรม เซลล์จะทำสำเนา DNA ที่ยืดยาวใน RNA ของกรดนิวคลีอิก

สำเนาอาร์เอ็นเอเหล่านี้สามารถใช้เพื่อควบคุมการสังเคราะห์โปรตีนได้โดยตรง แต่ก็สามารถใช้เป็นส่วนต่างๆ ของไรโบโซมหรือสปริโอโซมได้โดยตรง


หลักฐานทางนิติวิทยาศาสตร์สามารถนำไปสู่ความเชื่อมั่นที่ผิดได้อย่างไร

หลักฐานทางนิติเวชทางนิติวิทยาศาสตร์เป็นตัวเปลี่ยนเกมสำหรับการบังคับใช้กฎหมาย แต่การวิจัยแสดงให้เห็นว่าสามารถนำไปสู่การแท้งบุตรของความยุติธรรม

ลินเนตต์ ไวท์ ถูกฆาตกรรมในปี 1988 เมื่อชายสามคนซึ่งถูกจำคุกเป็นครั้งแรกในคดีฆาตกรรมของเธอถูกพบว่าถูกตัดสินว่ามีความผิด ดูเหมือนว่าฆาตกรของเธอจะไม่ได้รับโทษ อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีใหม่ที่คิดค้นขึ้นในปี 2545 ถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์ DNA ที่พบในที่เกิดเหตุ การจับคู่เดียวคือกับเด็กชายที่อายุน้อยเกินไปที่จะกระทำการฆาตกรรม แต่ตัวอย่างดีเอ็นเอถูกพรากไปจากครอบครัวของเขา ลุงของเยาวชนสารภาพและถูกตัดสินจำคุกตลอดชีวิตในปี 2546

ในการสืบสวนคดีอาชญากรรม หลักฐานดีเอ็นเอสามารถเป็นตัวเปลี่ยนเกมได้ แต่ DNA เป็นเพียงส่วนหนึ่งของปริศนา แทบไม่เคยให้คำตอบที่ชัดเจนว่า "เขาทำมันแล้ว" ตามรายงานของสมาคมผู้เชี่ยวชาญด้านนิติเวชที่เผยแพร่รายงานเมื่อต้นปีนี้ มีข้อจำกัดที่ DNA สามารถบอกเราเกี่ยวกับอาชญากรรมได้ และสิ่งที่สามารถพิสูจน์ได้และไม่สามารถพิสูจน์ได้อย่างน่าเชื่อถือในศาลจะต้องชัดเจนกว่านี้มาก

เสียงมาถึงคุณโดย curio.io

DNA (กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก) เป็นรหัสที่ตั้งโปรแกรมว่าเราจะพัฒนา เติบโต และทำงานอย่างไร เชื่อกันว่ามนุษย์มี DNA ที่เหมือนกัน 99.9% แต่ส่วนที่เหลือ 0.1% ทำให้เราเป็นปัจเจก ทำให้เรามีเอกลักษณ์เฉพาะตัว ความจริงที่ว่ามนุษย์และชิมแปนซีมีความแตกต่างกันเพียง 1% ใน DNA ของพวกมัน ยิ่งตอกย้ำว่าความแตกต่างเล็กๆ น้อยๆ นั้นมีความหมายเพียงใด โดยทั่วไป ยิ่งเรามีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับใครบางคนมากเท่าใด DNA ของเราก็จะยิ่งคล้ายกับพวกเขามากขึ้นเท่านั้น

ส่วนเล็ก ๆ ของ DNA ของเราที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะของเราสามารถนำมาใช้เพื่อสร้างโปรไฟล์ DNA ได้ โปรไฟล์นี้มักจะแสดงเป็นกราฟที่แสดงยอดที่แตกต่างกัน ซึ่งรายงานรูปแบบที่จุดต่างๆ ที่ DNA ของเรามีแนวโน้มที่จะไม่ซ้ำกันมากที่สุด

ตัวอย่างของการวิเคราะห์ STR ที่ใช้ในการแยกความแตกต่างระหว่างตัวอย่าง DNA (ผ่าน Wikimedia Commons)

ศาสตราจารย์ด้านกฎหมาย Liz Hefferman เขียนในบทความปี 2008 ว่า “บทบาทที่โดดเด่นมากขึ้นของนิติวิทยาศาสตร์ในการบริหารกระบวนการยุติธรรมทางอาญานั้นเกิดจากการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของการสร้างโปรไฟล์ DNA” British Journal of อาชญวิทยา.

การทำโปรไฟล์ DNA ประสบความสำเร็จอย่างน่าทึ่ง รวมถึงการยุติการตามล่า “Green River Killer” ที่ยาวนานกว่าสองทศวรรษ ซึ่งรัดคอผู้หญิงอย่างน้อยห้าสิบคน ทิ้งศพของพวกเขาตามจุดต่างๆ รอบแม่น้ำกรีนในรัฐวอชิงตัน อย่างไรก็ตาม โปรไฟล์ DNA มักจะไม่สะอาดพอที่จะระบุตัวบุคคลได้อย่างชัดเจน ตามหลักการแล้ว ตัวอย่างดีเอ็นเอจะสมบูรณ์เพียงพอที่จะตรวจสอบ "เครื่องหมาย" ที่แตกต่างกันอย่างน้อย 16 จุด ซึ่งจะสามารถร่างลายนิ้วมือของ DNA ของแต่ละบุคคลได้ แต่เมื่อดีเอ็นเอเสียหาย ซึ่งมักจะเกิดจากการสัมผัสกับความชื้นหรืออุณหภูมิที่สูงเกินไป จะมีเพียงเครื่องหมายเหล่านี้บางส่วนเท่านั้น และทีมนิติเวชจะสร้างโปรไฟล์บางส่วน พูดง่ายๆ ก็คือ หากโปรไฟล์ DNA เป็นคำอธิบายที่สมบูรณ์เกี่ยวกับรูปลักษณ์ของบุคคล โปรไฟล์บางส่วนอาจอธิบายลักษณะเฉพาะของพวกเขาเพียงอย่างใดอย่างหนึ่ง เช่น สีผม เป็นต้น

โปรไฟล์บางส่วนจะจับคู่กับผู้คนมากกว่าโปรไฟล์เต็ม และแม้แต่โปรไฟล์แบบเต็มก็อาจตรงกับบุคคลอื่นที่ไม่ใช่ผู้กระทำความผิด เรื่องที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นไปอีก โปรไฟล์ DNA เดียวอาจถูกสร้างขึ้นอย่างผิดพลาดเมื่อตัวอย่างจากหลาย ๆ คนถูกรวมเข้าด้วยกันโดยไม่ได้ตั้งใจ มันเป็นโลกที่ยุ่งเหยิง

ตามความเป็นจริงแล้ว โปรไฟล์ DNA ควรถูกมองว่าเป็นตัวตนเท่านั้น มีแนวโน้ม มาจากบุคคลใดบุคคลหนึ่งโดยเฉพาะ วิธีการทางสถิติ เช่น "ความน่าจะเป็นในการจับคู่" ซึ่งอิงจากการเปรียบเทียบระหว่าง DNA ที่เกิดเหตุกับบุคคล "สุ่ม" ที่สมมติขึ้น มักถูกเข้าใจผิด วิธีทางสถิติที่เข้มงวดยิ่งขึ้นคืออัตราส่วนความน่าจะเป็น ซึ่งเปรียบเทียบสองสมมติฐานโดยตรง: ความน่าจะเป็นของดีเอ็นเอที่มาจากผู้ต้องสงสัยกับความน่าจะเป็นของดีเอ็นเอที่มาจากบุคคลอื่น หากอัตราส่วนความน่าจะเป็นน้อยกว่าหนึ่ง ตำแหน่งการป้องกัน (ดีเอ็นเอไม่ใช่ของผู้ต้องสงสัย) จะได้รับการสนับสนุนที่ดีกว่าหากมากกว่าหนึ่ง แสดงว่ามีการสนับสนุนคดีฟ้องร้องมากขึ้น อย่างไรก็ตาม อัตราส่วนส่วนใหญ่ให้การสนับสนุนทางวิทยาศาสตร์สำหรับทฤษฎีหนึ่ง ไม่ใช่คำตอบใช่หรือไม่ใช่

การศึกษาจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียตีพิมพ์ใน กฎหมายและพฤติกรรมมนุษย์ ทดสอบความสามารถของนักศึกษาระดับปริญญาตรีในการตีความหลักฐานทางสถิติตามที่จะถูกนำเสนอในศาลโดยอัยการและฝ่ายจำเลย นักวิจัยพบว่านักศึกษาระดับปริญญาตรีเหล่านี้ส่วนใหญ่ล้มเหลวในการตรวจหาข้อผิดพลาดในการโต้แย้งทางสถิติและ "ตัดสินโดยใช้เหตุผลที่ผิดพลาด"

เมื่อเนติบัณฑิตยสภาอเมริกันรายงานเกี่ยวกับเทคโนโลยีดีเอ็นเอ บริษัทสนับสนุนการใช้หลักฐานดีเอ็นเอ แต่เตือนให้ระมัดระวังในการตีความสถิติ ABA เรียกร้องให้ทนายความไม่ดูแลหลักฐาน DNA และแนะนำว่าศาลให้คำนึงถึงมาตรฐานของห้องปฏิบัติการในการพิจารณาหลักฐาน DNA “การบอกคณะลูกขุนเป็นไปไม่ได้ที่ใครก็ตามที่นอกเหนือจากผู้ต้องสงสัยจะมีผลการตรวจดีเอ็นเอแบบเดียวกันนั้นแทบจะไม่เคยได้รับการพิสูจน์” รายงานระบุ

นอกจากนี้ European Forensic Genetics Network of Excellence (EUROFORGEN) และองค์กรการกุศล Sense about Science ยังได้ร่วมมือกันในรายงานที่เผยแพร่เมื่อต้นปีนี้ รายงานพยายามชี้แจงว่าการวิเคราะห์ดีเอ็นเอสามารถและไม่สามารถทำได้ภายในระบบยุติธรรมทางอาญา นักวิจัยจาก EUROFORGEN Denise Sydercombe Court ซึ่งตั้งอยู่ที่ King's College London กล่าวว่า:

เราทุกคนสนุกกับละครอาชญากรรมที่ดีและถึงแม้เราจะเข้าใจความแตกต่างระหว่างนิยายกับความเป็นจริง แต่ความแตกต่างมักจะถูกทำให้คลุมเครือโดยรายงานข่าวของสื่อที่มีเนื้อหาเกินจริงในคดีจริง เป็นผลให้คนส่วนใหญ่มีการรับรู้ที่ไม่สมจริงเกี่ยวกับความหมายของหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพูดถึง DNA ซึ่งอาจนำไปสู่การตัดสินที่ผิดพลาด

บางครั้ง มีการใช้หลักฐานดีเอ็นเอในทางที่ผิดหรือถูกเข้าใจผิด ซึ่งนำไปสู่การตัดสินลงโทษที่ผิดพลาด ชายคนหนึ่งที่เป็นโรคพาร์กินสันซึ่งไม่สามารถเดินได้ไกลกว่าสองสามฟุตโดยไม่ได้รับความช่วยเหลือ ถูกตัดสินว่ามีความผิดฐานลักทรัพย์โดยอิงจากการจับคู่โปรไฟล์ของ DNA บางส่วน ทนายความของเขายืนกรานที่จะตรวจ DNA เพิ่มเติม ซึ่งทำให้เขาพ้นผิด ในปี 2011 ดีเอ็นเอของอดัม สก็อตต์จับคู่กับตัวอย่างอสุจิที่นำมาจากเหยื่อการข่มขืนในแมนเชสเตอร์ เมืองที่สก็อตต์ซึ่งอาศัยอยู่ห่างออกไปกว่า 200 ไมล์ ไม่เคยไปเยี่ยมเยียน หลักฐานที่ไม่ใช่ DNA ได้เคลียร์สกอตต์ การปะปนนี้เกิดจากความผิดพลาดโดยประมาทในห้องแล็บ ซึ่งจานที่ใช้ในการวิเคราะห์ DNA ของสก็อตต์จากเหตุการณ์เล็กๆ น้อยๆ ถูกนำกลับมาใช้ใหม่โดยไม่ได้ตั้งใจในคดีข่มขืน

มีความจริงที่น่าอึดอัดและไม่สะดวกที่เราทุกคนอาจมีดีเอ็นเออยู่ในที่เกิดเหตุ แม้ว่าเราจะไม่เคยอยู่ที่นั่นก็ตาม ยิ่งไปกว่านั้น DNA ที่ค้นพบในที่เกิดเหตุอาจถูกฝากไว้ที่นั่นในเวลาอื่นที่ไม่ใช่ตอนที่เกิดอาชญากรรม อาจมีคนมาเยี่ยมล่วงหน้าหรือสะดุดกับที่เกิดเหตุในภายหลัง อีกทางหนึ่ง ดีเอ็นเอของพวกมันอาจมาโดยผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการถ่ายโอนขั้นทุติยภูมิ โดยที่ DNA ของพวกเขาถูกถ่ายโอนไปยังบุคคลอื่นซึ่งพาไปยังที่เกิดเหตุ

นอกจากนี้ เทคโนโลยีดีเอ็นเอมีความอ่อนไหวมากขึ้นเรื่อยๆ แต่นี่เป็นดาบสองคม ในแง่หนึ่ง หลักฐาน DNA ที่ใช้งานได้มักจะถูกตรวจพบได้มากกว่าที่เคยเป็นมา ในทางกลับกัน DNA และ DNA ที่ปนเปื้อนที่มาโดยการถ่ายโอนทุติยภูมิมีแนวโน้มที่จะถูกตรวจพบมากขึ้น ทำให้การสอบสวนสับสน หากบุคลากรทางกฎหมายและตุลาการไม่ได้รับการฝึกฝนอย่างเต็มที่ในการตีความหลักฐานทางนิติเวชและ DNA ก็อาจส่งผลให้เกิดการชี้นำที่ผิดพลาดและกระบวนการยุติธรรมที่ผิดพลาดได้

การพิจารณาอีกประการหนึ่งคือผู้คนหลั่ง DNA ในอัตราที่ต่างกัน ดีเอ็นเอพบได้ในของเหลวในร่างกาย เช่น เลือด น้ำอสุจิ และน้ำลาย แต่เรายังสูญเสียผิวหนังและเส้นขนด้วยกล้องจุลทรรศน์เป็นประจำ บางคนสูญเสีย DNA ได้เร็วกว่าคนอื่น เช่น หากพวกเขามีสภาพผิว เป็นต้น หากขโมยใช้สถานที่เฉพาะเป็นที่ซ่อน และผู้ดูแลที่เป็นโรคเรื้อนกวางสะดุดกับมันและแจ้งตำรวจ นิติศาสตร์เพียงอย่างเดียวอาจเกี่ยวข้องกับผู้ดูแล ปริมาณดีเอ็นเอของพวกมันอาจบ่งบอกถึงช่วงเวลาสำคัญที่ใช้ในสถานที่นั้น แต่ในความเป็นจริง กลากของผู้ดูแลส่งผลให้มี DNA สะสมอยู่ที่นั่นมากขึ้นในช่วงเวลาที่สั้นลง

สัปดาห์ละครั้ง

ฐานข้อมูล DNA แห่งชาติจึงนำเสนอข้อกังขาทางจริยธรรมบางประการ หลายกรณีจะไม่ได้รับการแก้ไขหากไม่มีฐานข้อมูลดีเอ็นเอ ในกรณีของลินเนตต์ ไวท์ ความก้าวหน้าเกิดขึ้นเมื่อตำรวจได้รับข้อมูลดีเอ็นเอของญาติของฆาตกร อย่างไรก็ตาม การเก็บรักษารายละเอียดของ DNA ทำให้เกิดความกังวลเรื่องความเป็นส่วนตัวโดยชอบด้วยกฎหมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริบทของการค้นหาครอบครัว การจับคู่บางส่วนมีแนวโน้มที่จะนำไปสู่การระบุตัวตนของผู้ต้องสงสัยที่อยู่ในฐานข้อมูล DNA แล้ว เนื่องจากกลุ่มที่มีสิทธิพิเศษน้อยกว่ามีแนวโน้มที่จะเป็นตัวแทนในฐานข้อมูลดีเอ็นเอมากเกินไป จึงเป็นประเด็นที่ร้ายแรง

ในปี 2554 กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ถามว่าฐานข้อมูลดีเอ็นเอทางนิติเวชเพิ่มความเหลื่อมล้ำทางเชื้อชาติในการตรวจสอบหรือไม่ พวกเขาชี้ให้เห็นว่า ในสหรัฐอเมริกา ชุมชนต่าง ๆ ได้รับการดูแลที่แตกต่างกัน นำไปสู่อัตราการกักขังและการบันทึก DNA ที่แตกต่างกัน ตามที่ผู้เขียนศึกษากล่าวว่าการใช้ยาจริงค่อนข้างสูงในชุมชนคนผิวขาว แต่การดำเนินการ "ซื้อและหยุด" โดยตำรวจนั้นพบได้บ่อยในชุมชนแอฟริกันอเมริกันและละตินซึ่งนำไปสู่การจับกุมที่ไม่สมส่วน

บทเรียนของการวิจัยทั้งหมดนี้: หลักฐานดีเอ็นเอเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการสืบสวนและดำเนินคดีทางอาญา แต่ต้องใช้ด้วยความระมัดระวัง ไม่ควรขายเกินในศาล และควรพิจารณาโดยพิจารณาจากหลักฐานอื่นๆ ที่มีอยู่เท่านั้น ตัวอย่างเช่น ถ้า DNA ถูกค้นพบในห้องครัวที่ถูกเจาะเข้าไป มันอาจมาจากเจ้าของบ้าน แขกของพวกเขา หรือแม้แต่สมาชิกในทีม CSI (หากไม่ได้รับการดูแลอย่างเพียงพอเพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อน) หากรอยประทับเครื่องมือเผยให้เห็นว่ามีการใช้ไขควงเพื่อบังคับเปิดหน้าต่าง และดีเอ็นเอถูกกู้คืนจากไขควงที่พบในที่เกิดเหตุซึ่งไม่ใช่ของเจ้าของบ้าน นั่นถือเป็นการกล่าวโทษ หาก DNA นั้นตรงกับบางส่วนหรือทั้งหมดกับบุคคลที่มีขนาดรองเท้าเท่ากันกับรอยเท้าที่เหลืออยู่ในหญ้าใต้หน้าต่าง ยิ่งเป็นเช่นนั้น หากบุคคลนั้นมีเสื้อผ้าขาดซึ่งตรงกับเส้นใยผ้าที่ติดอยู่ที่หน้าต่าง นั่นก็ยังเป็นการกล่าวโทษมากกว่า หากหลักฐานดิจิทัล เช่น บันทึกในโทรศัพท์มือถือ ทำให้พวกเขาอยู่ในที่เกิดเหตุในขณะที่เกิดการบุกรุก แม้ว่าพวกเขาจะอ้างว่าอยู่ที่อื่นก็ตาม คุณก็จะได้ภาพที่สมบูรณ์มากขึ้น

หมายเหตุบรรณาธิการ: เวอร์ชันก่อนหน้าของเรื่องนี้มีการอ้างอิงที่ชัดเจนถึงหลักฐานที่ตำรวจยึดในการสืบสวนคดีฆาตกรรมเมเรดิธ เคอร์เชอร์ ตัวอย่างได้ถูกลบไปแล้ว ผิดพลาดประการใดขออภัยมา ณ ที่นี้

การศึกษาที่อ้างถึงในเวอร์ชันก่อนหน้าของบทความนี้ไม่มีให้ใช้งานฟรีบน JSTOR.


การดึงข้อมูล

ในการทำงานเป็นระบบจัดเก็บข้อมูล DNA ต้องปฏิบัติตามกฎที่คาดการณ์ได้ ดังนั้นในขั้นแรก ทีมงานจึงแสดงให้เห็นก่อนว่า เบสสังเคราะห์นั้นสร้างคู่ได้อย่างน่าเชื่อถือในลักษณะที่คล้ายคลึงกันกับเบสทั่วไป พวกเขาสร้างโมเลกุลของ DNA สังเคราะห์หลายร้อยโมเลกุลและพบว่าตัวอักษรเหล่านี้เชื่อมโยงกับคู่ของพวกเขาอย่างคาดเดาได้

จากนั้นพวกเขาแสดงให้เห็นว่าโครงสร้างของเกลียวคู่ยังคงมีเสถียรภาพไม่ว่าฐานสังเคราะห์จะอยู่ในลำดับใด นี่เป็นสิ่งสำคัญเพราะสำหรับวิวัฒนาการของชีวิต ลำดับดีเอ็นเอจะต้องสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยที่โครงสร้างทั้งหมดไม่แตกสลาย ทีมงานได้ใช้การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ซึ่งแสดงให้เห็นว่าลำดับดีเอ็นเอสังเคราะห์สามลำดับที่แตกต่างกันยังคงมีโครงสร้างเดียวกันเมื่อตกผลึก

Philipp Holliger นักชีววิทยาสังเคราะห์ที่ MRC Laboratory of Molecular Biology ในเมืองเคมบริดจ์ สหราชอาณาจักร กล่าวว่า นี่เป็นความก้าวหน้าอย่างมาก เนื่องจากวิธีการอื่นๆ ในการขยายตัวอักษรทางพันธุกรรมนั้นไม่เป็นไปตามโครงสร้างที่ดี แทนที่จะใช้สารเคมีที่ใช้พันธะไฮโดรเจนในการจับคู่ วิธีการอื่นๆ เหล่านี้ใช้โมเลกุลที่กันน้ำเป็นฐานของพวกมัน สิ่งเหล่านี้สามารถวางไว้ในช่วงเวลาระหว่างตัวอักษรธรรมชาติ แต่โครงสร้างของ DNA จะพังถ้าวางเรียงกันเป็นแถว

ในที่สุด ทีมงานได้แสดงให้เห็นว่า DNA สังเคราะห์สามารถถ่ายทอดออกมาเป็น RNA ได้อย่างเที่ยงตรง &ldquoความสามารถในการจัดเก็บข้อมูลนั้นไม่น่าสนใจสำหรับวิวัฒนาการมากนัก&rdquo Benner กล่าว &ldquoคุณต้องสามารถถ่ายโอนข้อมูลนั้นไปยังโมเลกุลที่ทำบางสิ่งได้&rdquo

การแปลง DNA เป็น RNA เป็นขั้นตอนสำคัญสำหรับการแปลข้อมูลทางพันธุกรรมเป็นโปรตีน กรรมพันธุ์แห่งชีวิต แต่ลำดับ RNA บางลำดับที่เรียกว่า aptamers สามารถจับกับโมเลกุลเฉพาะได้

ทีมงานของ Benner ได้สร้าง DNA สังเคราะห์ขึ้นซึ่งกำหนดรหัสสำหรับ aptamer หนึ่งตัว จากนั้นจึงยืนยันว่ามีการถอดรหัสเกิดขึ้นและลำดับ RNA ทำงานได้อย่างถูกต้อง

Holliger กล่าวว่างานนี้เป็นจุดเริ่มต้นที่น่าตื่นเต้น แต่ก็ยังมีระยะทางอีกมากที่ต้องทำก่อนที่จะไปถึงระบบพันธุกรรมสังเคราะห์แปดตัวอักษรที่แท้จริง ตัวอย่างเช่น คำถามสำคัญประการหนึ่งก็คือว่า DNA สังเคราะห์สามารถจำลองแบบโดยพอลิเมอเรสได้หรือไม่ เอ็นไซม์ที่มีหน้าที่ในการสังเคราะห์ DNA ภายในสิ่งมีชีวิตระหว่างการแบ่งเซลล์ สิ่งนี้ได้แสดงให้เห็นสำหรับวิธีการอื่นๆ เช่น Romesberg's ซึ่งใช้ฐานกันน้ำ


ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์

ประโยค "โครงสร้างนี้มีลักษณะใหม่ที่น่าสนใจทางชีวภาพมาก" อาจเป็นหนึ่งในการพูดที่โด่งดังที่สุดของวิทยาศาสตร์ ปรากฏในเอกสารทางวิทยาศาสตร์เมื่อเดือนเมษายน พ.ศ. 2496 โดยเจมส์ วัตสันและฟรานซิส คริก นำเสนอโครงสร้างของเกลียวดีเอ็นเอ ซึ่งเป็นโมเลกุลที่นำข้อมูลทางพันธุกรรมจากรุ่นหนึ่งไปสู่อีกรุ่นหนึ่ง

เก้าปีต่อมา ในปี 1962 พวกเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ร่วมกับมอริซ วิลกินส์ ในการไขปริศนาทางชีววิทยาที่สำคัญที่สุดเรื่องหนึ่ง ครึ่งศตวรรษต่อมา ความหมายใหม่ที่สำคัญของการมีส่วนร่วมในวิทยาศาสตร์นี้ยังคงปรากฏให้เห็น

ดีเอ็นเอคืออะไร?

งานของนักวิทยาศาสตร์หลายคนปูทางไปสู่การสำรวจดีเอ็นเอ ย้อนกลับไปในปี พ.ศ. 2411 เกือบหนึ่งศตวรรษก่อนการมอบรางวัลโนเบลให้กับวัตสัน คริก และวิลกินส์ แพทย์หนุ่มชาวสวิสชื่อฟรีดริช มีเชอร์ ได้แยกบางสิ่งที่ไม่มีใครเคยเห็นมาก่อนออกจากนิวเคลียสของเซลล์ เขาเรียกสารประกอบนี้ว่า "nuclein" ปัจจุบันนี้เรียกว่ากรดนิวคลีอิก "NA" ใน DNA (deoxyribo-nucleic-acid) และ RNA (ribo-nucleic-acid)

ฟรานซิส คริก และเจมส์ วัตสัน 2496
รูปถ่าย: หอจดหมายเหตุห้องปฏิบัติการ Cold Spring Harbor
มอริซ วิลกินส์.

เมื่อสองปีก่อน Gregor Mendel นักบวชชาวเช็กได้ทำการทดลองกับถั่วหลายครั้ง การสังเกตของเขามีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับการค้นพบนิวเคลียส เมนเดลสามารถแสดงให้เห็นว่าลักษณะบางอย่างในถั่ว เช่น รูปร่างหรือสี ได้รับการสืบทอดมาในบรรจุภัณฑ์ต่างๆ แพ็คเกจเหล่านี้เป็นสิ่งที่เราเรียกว่ายีน

เป็นเวลานานที่ไม่ทราบถึงความเชื่อมโยงระหว่างกรดนิวคลีอิกกับยีน แต่ในปี ค.ศ. 1944 นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Oswald Avery สามารถถ่ายทอดความสามารถในการทำให้เกิดโรคจากแบคทีเรียสายพันธุ์หนึ่งไปยังอีกสายพันธุ์หนึ่งได้ แต่ไม่เพียงเท่านั้น: แบคทีเรียที่ไม่เป็นอันตรายก่อนหน้านี้ยังสามารถถ่ายทอดลักษณะนี้ไปสู่รุ่นต่อไปได้ สิ่งที่เอเวอรี่เคลื่อนไหวคือกรดนิวคลีอิก สิ่งนี้พิสูจน์ว่ายีนประกอบด้วยกรดนิวคลีอิก

ไขปริศนา

ในช่วงปลายทศวรรษ 1940 สมาชิกของชุมชนวิทยาศาสตร์ทราบดีว่า DNA น่าจะเป็นโมเลกุลของชีวิตมากที่สุด แม้ว่าหลายคนจะสงสัยเพราะมัน "s ธรรมดา" พวกเขายังรู้ด้วยว่า DNA รวมอะดีนีนและไทมีนในปริมาณที่แตกต่างกัน , guanine และ cytosine (โดยทั่วไปจะใช้ตัวย่อ A, T, G และ C) แต่ไม่มีใครมีความคิดแม้แต่น้อยว่าโมเลกุลจะมีหน้าตาเป็นอย่างไร

เพื่อที่จะแก้ไขโครงสร้างที่เข้าใจยากของ DNA จำเป็นต้องรวบรวมข้อมูลที่แตกต่างกันสองสามชิ้น หนึ่งคือกระดูกสันหลังฟอสเฟตอยู่ด้านนอกโดยมีฐานอยู่ด้านในอีกอันหนึ่งซึ่งโมเลกุลนั้นเป็นเกลียวคู่ สิ่งสำคัญคือต้องคิดให้ออกว่าสายทั้งสองวิ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามและโมเลกุลนั้นมีการจับคู่เบสที่จำเพาะ

ในการแก้ปัญหาที่ซับซ้อนอื่นๆ จำเป็นต้องมีการทำงานของคนจำนวนมากเพื่อสร้างภาพรวม

โมเดล DNA ดั้งเดิมโดยวัตสันและคริก
รูปถ่าย: หอจดหมายเหตุห้องปฏิบัติการ Cold Spring Harbor

การใช้รังสีเอกซ์ส่องผ่าน DNA

วัตสันและคริกใช้แบบจำลองติดและบอลเพื่อทดสอบแนวคิดของพวกเขาเกี่ยวกับโครงสร้างที่เป็นไปได้ของดีเอ็นเอ นักวิทยาศาสตร์คนอื่นใช้วิธีการทดลองแทน ในหมู่พวกเขาคือโรซาลินด์ แฟรงคลินและมอริส วิลกินส์ ซึ่งใช้การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์เพื่อทำความเข้าใจโครงสร้างทางกายภาพของโมเลกุลดีเอ็นเอ

เมื่อคุณฉายรังสีเอกซ์บนคริสตัลทุกชนิด และโมเลกุลทางชีววิทยาบางชนิด เช่น DNA สามารถก่อตัวเป็นผลึกได้ หากทำการรักษาด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง – รังสีที่มองไม่เห็นจะกระเด้งออกมาจากตัวอย่าง จากนั้นรังสีจะสร้างรูปแบบที่ซับซ้อนบนฟิล์มถ่ายภาพ เมื่อดูจากลวดลายแล้ว ก็สามารถหาเบาะแสที่สำคัญเกี่ยวกับโครงสร้างที่ประกอบเป็นคริสตัลได้

"Photograph 51". ภาพถ่ายการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของโมเลกุลดีเอ็นเอ โครงสร้าง B
รูปถ่าย: หอจดหมายเหตุห้องปฏิบัติการ Cold Spring Harbor

โครงสร้างสามขดลวด?

นักวิทยาศาสตร์ Linus Pauling กระตือรือร้นที่จะไขความลึกลับของรูปร่างของ DNA ในปีพ.ศ. 2497 เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีจากผลงานที่ก้าวล้ำในด้านพันธะเคมีและโครงสร้างของโมเลกุลและคริสตัล ในช่วงต้นปี 1953 เขาได้ตีพิมพ์บทความที่เขาเสนอโครงสร้างสามเกลียวสำหรับดีเอ็นเอ วัตสันและคริกเคยทำแบบจำลองสามขดลวดมาก่อนในปี 1951 แต่ทฤษฎีของพวกเขาผิด

ความผิดพลาดส่วนหนึ่งเกิดจากวัตสันที่จำคำพูดของโรซาลินด์ แฟรงคลินผิด ซึ่งเธอรายงานว่าเธอได้สร้างปริมาณน้ำของดีเอ็นเอโดยใช้วิธีการเอ็กซ์เรย์ผลึกศาสตร์ แต่วัตสันไม่ได้จดบันทึกและจำตัวเลขได้ไม่ถูกต้อง

แต่กลับกลายเป็นว่า "photograph 51" ที่มีชื่อเสียงของแฟรงคลิน ซึ่งในที่สุดก็เปิดเผยโครงสร้างเกลียวของ DNA แก่วัตสันและคริกในปี 1953 ภาพของ DNA ที่ตกผลึกภายใต้สภาวะชื้นแสดง X ที่คลุมเครืออยู่ตรงกลางของโมเลกุล ซึ่งเป็นรูปแบบที่บ่งบอกถึงเกลียว โครงสร้าง.

แบบจำลองของเกลียวอัลฟ่า ค.ศ. 1951 ภาพ: คอลเล็กชันพิเศษของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐออริกอน

การจับคู่ฐานเฉพาะ

ความลึกลับของการจับคู่เบสได้รับการแก้ไขบางส่วนโดยนักชีวเคมี Erwin Chargoff เมื่อหลายปีก่อน In 1949 he showed that even though different organisms have different amounts of DNA, the amount of adenine always equals the amount of thymine. The same goes for the pair guanine and cytosine. For example, human DNA contains about 30 percent each of adenine and thymine, and 20 percent each of guanine and cytosine.

With this information at hand Watson was able to figure out the pairing rules. On the 21st of February 1953 he had the key insight, when he saw that the adenine-thymine bond was exactly as long as the cytosine-guanine bond. If the bases were paired in this way, each rung of the twisted ladder in the helix would be of equal length, and the sugar-phosphate backbone would be smooth.

Structure shows action

"It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material" wrote Watson and Crick in the scientific paper that was published in Nature, April 25, 1953.

This was indeed a breakthrough in the study of how genetic material passes from generation to generation. Once the model was established, its mere structure hinted that DNA was indeed the carrier of the genetic code and thus the key molecule of heredity, developmental biology and evolution.

The specific base pairing underlies the perfect copying of the molecule, which is essential for heredity. During cell division, the DNA molecule is able to "unzip" into two pieces. One new molecule is formed from each half-ladder, and due to the specific pairing this gives rise to two identical daughter copies from each parent molecule.

We all share the same building blocks

DNA is a winning formula for packaging genetic material. Therefore almost all organisms – bacteria, plants, yeast and animals – carry genetic information encapsulated as DNA. One exception is some viruses that use RNA instead.

Different species need different amounts of DNA. Therefore the copying of the DNA that precedes cell division differs between organisms. For example, the DNA in E. coli bacteria is made up of 4 million base pairs and the whole genome is thus one millimeter long. The single-cell bacterium can copy its genome and divide into two cells once every 20 minutes.

The DNA of humans, on the other hand, is composed of approximately 3 billion base pairs, making up a total of almost a meter-long stretch of DNA in every cell in our bodies.

In order to fit, the DNA must be packaged in a very compact form. In E. coli the single circular DNA molecule is curled up in a condensed fashion, whereas the human DNA is packaged in 23 distinct chromosome pairs. Here the genetic material is tightly rolled up on structures called histones.

A new biological era

This knowledge of how genetic material is stored and copied has given rise to a new way of looking at and manipulating biological processes, called molecular biology. With the help of so-called restriction enzymes, molecules that cut the DNA at particular stretches, pieces of DNA can be cut out or inserted at different places.

In basic science, where you want to understand the role of all the different genes in humans and animals, new techniques have been developed. For one thing, it is now possible to make mice that are genetically modified and lack particular genes. By studying these animals scientists try to figure out what that gene may be used for in normal mice. This is called the knockout technique, since stretches of DNA have been taken away, or knocked out.

Scientists have also been able to insert new bits of DNA into cells that lack particular pieces of genes or whole genes. With this new DNA, the cell becomes capable of producing gene products it could not make before. The hope is that, in the future, diseases that arise due to the lack of a particular protein could be treated by this kind of gene therapy.

Was Rosalind Franklin nominated?

Rosalind Franklin.
Photo: Cold Spring Harbor Laboratory Archives

Many voices have argued that the Nobel Prize should also have been awarded to Rosalind Franklin, since her experimental data provided a very important piece of evidence leading to the solving of the DNA structure. In a recent interview in the magazine Scientific American, Watson himself suggested that it might have been a good idea to give Wilkins and Franklin the Nobel Prize in Chemistry, and him and Crick the Nobel Prize in Physiology or Medicine – in that way all four would have been honored.

Rosalind Franklin died in 1958. As a rule only living persons can be nominated for the Nobel Prize, so the 1962 Nobel Prize was out of the question. The Nobel archives, at the Nobel Prize-awarding institutions, that among other things contain the nominations connected to the prizes, are held closed. But 50 years after a particular prize had been awarded, the archives concerning the nominees are released. Therefore, in 2008 it was possible to see whether Rosalind Franklin ever was a nominee for the Nobel Prize concerning the DNA helix. The answer is that no one ever nominated her - neither for the Nobel Prize in Physiology or Medicine nor in Chemistry.

The DNA-helix

The sugar-phosphate backbone is on the outside and the four different bases are on the inside of the DNA molecule.

The two strands of the double helix are anti-parallel, which means that they run in opposite directions.

The sugar-phosphate backbone is on the outside of the helix, and the bases are on the inside. The backbone can be thought of as the sides of a ladder, whereas the bases in the middle form the rungs of the ladder.

Each rung is composed of two base pairs. Either an adenine-thymine pair that form a two-hydrogen bond together, or a cytosine-guanine pair that form a three-hydrogen bond. The base pairing is thus restricted.

This restriction is essential when the DNA is being copied: the DNA-helix is first "unzipped" in two long stretches of sugar-phosphate backbone with a line of free bases sticking up from it, like the teeth of a comb. Each half will then be the template for a new, complementary strand. Biological machines inside the cell put the corresponding free bases onto the split molecule and also "proof-read" the result to find and correct any mistakes. After the doubling, this gives rise to two exact copies of the original DNA molecule.

The coding regions in the DNA strand, the genes, make up only a fraction of the total amount of DNA. The stretches that flank the coding regions are called introns, and consist of non-coding DNA. Introns were looked upon as junk in the early days. Today, biologists and geneticists believe that this non-coding DNA may be essential in order to expose the coding regions and to regulate how the genes are expressed.


Process Transfer Scientist

A challenging and varied job in our Process Transfer Department in Copenhagen is open for a quality-minded new colleague with upstream processing experience and a strong ability to drive interdepartmental collaboration.

Depending on your level of qualification, you will take part in key upstream process activities in several projects, within both microbial fermentation and cell culture depending on project pipeline. As a Process Transfer Scientist, your responsibilities will include:

  • Process transfers from customers and development into our manufacturing area and from site-to-site globally.
  • Process scale-up, dimensioning and evaluation, including suggestions for introduction of new technologies.
  • Support to GMP upstream manufacturing processes.
  • Raw material evaluations and risk assessments.

The position offers interaction with a large number of stakeholders, and is unique in having contact with both our customers and internal departments involved in project management, process development, manufacturing and quality. You will be introduced to biopharmaceutical companies from all over the world and be an active player in their projects.

  • Sc., preferably combined with a PhD, within biochemical engineering, biotechnology, biochemistry, protein chemistry, biology or similar educational background.
  • A minimum of 3 years’ experience within process development and/or manufacturing within upstream processing.
  • Excellent English communication and collaborative skills
  • A flexible approach and desire to take on and drive new tasks and responsibilities
  • Strong driver of interdepartmental tasks with the ability to prioritize between many different tasks

For further information, please contact Niels Bjerg Jensen, Team Lead Process Transfer- Upstream Processes, [email protected]

We will continuously review applications so please do not hesitate to submit your application and CV as soon as possible.

Want to keep posted about our growth and to learn more about our company?
We also urge you to follow us on our LinkedIn Company Page and give us a quick Like on Facebook !

AGC Biologics (AGC) is a global Contract Development Manufacturing Organization (CDMO) with bio-manufacturing facilities in Europe, Japan, Italy and the USA. The company provides a comprehensive range of commercial and clinical cGMP biologics manufacturing services, from DNA to active pharmaceutical ingredient (API). The company’s team and approach are tailored to each of its client’s needs, whether turnkey manufacturing or sophisticated, stand-alone analytical, formulation and stability services.


Cloning DNA into a vector, step by step

To introduce foreign DNA into a circular vector, scientists carry out a three-step process:

Scientists first remove their gene of interest from the DNA sequences on either side of it. They can use restriction enzymes to do the cutting. These enzymes, which came originally from bacteria, cut DNA at specific sites in the sequence. If there’s not enough DNA for successful cutting or no suitable restriction enzyme recognition sites around the gene, scientists first use polymerase chain reaction (PCR) to make many more copies. By designing their PCR primers carefully, they can introduce new restriction sites on either side of the copied DNA sequence.

Opening up the vector

Next, scientists make a cut in the circular DNA sequence of the vector. They use the same restriction enzymes as they used to cut out the gene in step 1. This turns the vector into a linear molecule and makes it ready to accept the new piece of DNA.

Sticking the vector and the gene together

The final step in cloning is to incorporate the DNA of interest into the vector. Scientists mix the gene and the opened vector together with a bacterial enzyme called DNA ligase . The ligase sticks DNA ends together to form a single circular molecule that includes both the vector and the gene.

Find out more in these articles:


Genetic Science

Genetics is the study of cellular science. It furthers our understanding of how DNA and the genetic make-up of species and can lead to cures for diseases and shape our future.

More Science Topics to Explore:

Brainless, Footless Slime Molds Are Weirdly Intelligent and Mobile

How Does a Slime Mold Make Decisions Without a Brain?

What Are the Steps of the Nitrogen Cycle?

Why Do Leaves Change Color in the Fall?

What Is Ashwagandha?

The Manchineel, or 'Death Apple,' Is the World's Most Dangerous Tree

How Bad Is Black Mold, Really?

The Bohr Model: Quickly Replaced But Never Forgotten

Centrioles: You Can't Divide Cells Without Them

Batesian Mimicry: How Copycats Protect Themselves

What Is the Marshmallow Test and Can Animals Pass It?

Did the Bicameral Mind Evolve to Create Modern Human Consciousness?

COVID-19 Has Changed How We Mourn

Mimetoliths: The Faces We See in Rock Formations

Pareidolia: Why We See Faces in Almost Everything

เรียนรู้เพิ่มเติม

We are who we are because of the genes our parents pass to us, but what happens when both parents contribute the same version of a specific gene?

It's one of those words that might remind you of certain gender-bending musicians from the '80s, but what does it mean today?

With cemetery space at a premium and the increasingly evident environmental drawbacks to traditional burial, what better way to memorialize your beloved pet, or a beloved person, than to turn their remains into a tree?

Epigenetics – instructions on how your genes are read and whether they are expressed or not – proves that your body is not permanently set on a specific course from the moment you're born.

You probably feel like you have very little in common with that banana lying on your kitchen counter. But science says you do! So, how is this possible? And is that stat accurate? We talk to the scientist who did the research.

DNA websites can give you info about your ancestry and possible health issues. They can also give you trait reports about taste preferences and personal habits. But how much of that is really DNA-driven?

At least not in nature. Scientists have discovered the two gene families that play key roles in making fruits and vegetables either round or long. Could a square fruit be on the horizon?