Что изучает ксенобиология кратко
Обновлено: 04.07.2024
Гено́мная библиоте́ка представляет собой набор ДНК всего генома одного организма. Эта ДНК хранится в популяции идентичных векторов, каждый из которых содержит различные вставки ДНК.
Предсказа́ние фу́нкции белка́ — определение биологической роли белка и значения в контексте клетки. Предсказание функций проводится для плохо изученных белков или для гипотетических белков, предсказанных на основе данных геномных последовательностей. Источником информации для предсказания могут служить гомология нуклеотидных последовательностей, профили экспрессии генов, доменная структура белков, интеллектуальный анализ текстов публикаций, филогенетические и фенотипические профили, белок-белковые.
Самовоспроизведение — способность живого организма, его органа, ткани, клетки или клеточного органоида или включения к образованию себе подобного. В более широком смысле любое поведение динамической системы, которое дает идентичную копию этой динамической системы. Самовоспроизведение у живых организмов происходит за счет размножения.
Двугибридный анализ — молекулярно-биологический метод для исследования белок-белковых и ДНК-белковых взаимодействий.
Белковая инженерия (англ. Protein engineering) — раздел биотехнологии, который занимается разработкой полезных или ценных белков. Это относительно новая дисциплина, которая направлена на исследование фолдинга белков и принципов модификации и создания белков.
Сайт рестрикции (участок узнавания) — короткая последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК, которая распознаётся ферментом эндонуклеазой рестрикции-модификации (рестриктазой). Рестриктаза связывается с молекулой ДНК в точке расположения сайта рестрикции и перерезает цепочку нуклеотидов внутри сайта или в непосредственной близости от него.
Центральная догма молекулярной биологии — обобщающее наблюдаемое в природе правило реализации генетической информации: информация передаётся от нуклеиновых кислот к белку, но не в обратном направлении.
Предсказание генов — это определение кодирующих и регулирующих последовательностей ДНК в геноме: белковых генов и генов функциональной РНК, промоторов, энхансеров и прочее.
Искусственный геном — направление в биологических исследованиях, связанное с генетической модификацией существующих организмов с целью создания организмов с новыми свойствами. В отличие от генной инженерии, искусственный геном состоит из генов, синтезированных химическим путём.
Вектор (в генетике) — молекула нуклеиновой кислоты, чаще всего ДНК, используемая в генетической инженерии для передачи генетического материала внутрь клетки, в том числе в клетку живого многоклеточного организма in vivo.
Интеракто́м (англ. Interactome) — термин молекулярной биологии, обозначающий полный набор взаимодействий между молекулами в отдельной клетке. Интерактом включает как непосредственные физические контакты между белками (белок-белковые взаимодействия), так и непрямые взаимодействия генов (например, эпистаз).
В связи с накоплением огромного количества информации о последовательностях генов, в настоящее время, для выявления функций генов, часто используют методы обратной генетики. Исследователи манипулируют последовательностями генов, изменяя или выключая тот или иной ген, и анализируют, к каким изменениям это приводит. Это путь обратной генетики: от гена к признаку/фенотипу. Прямая и обратная генетика – не взаимоисключающие подходы, а дополняющие друг друга в изучении функции гена.
Брэйнбоу – это метод нейровизуализации, в основе которого лежит использование флуоресцентных белков. Будучи внедрённым в геном животного, зелёный флуоресцентный белок и его генетически модифицированные варианты окрашивают нервные клетки в разные цвета (в общей сложности до 100 разных оттенков), что позволяет значительно более точно локализовать архитектуру нейронных связей отдельных клеток. Данный метод позволяет картографировать одновременно до 100 нервных клеток.
Рекомбинантная структура (англ. Recombinant structure) — гибридная (англ. recombination — рекомбинация) нуклеиновая кислота (ДНК или РНК) или белок, полученные в результате объединения in vitro чужеродных фрагментов и содержащие новые сочетания последовательностей нуклеотидов или аминокислот соответственно.
Генети́ческий код (англ. Genetic code) — совокупность правил, согласно которым в живых клетках последовательность нуклеотидов (ген и мРНК) переводится в последовательность аминокислот (белок). Собственно перевод (трансляцию) осуществляет рибосома, которая соединяет аминокислоты в цепочку согласно инструкции, записанной в кодонах мРНК. Соответствующие аминокислоты доставляются в рибосому молекулами тРНК. Генетический код всех живых организмов Земли един (имеются лишь незначительные вариации), что.
Метод Сэнгера — метод секвенирования (определения последовательности нуклеотидов) ДНК, также известен как метод обрыва цепи. Впервые этот метод секвенирования был предложен Фредериком Сэнгером в 1977 году, за что он был удостоен Нобелевской премии по химии в 1980 году. Данный метод был наиболее распространенным на протяжении 40 лет.
Петлевая изотермическая амплификация (Loop mediated isothermal amplification, LAMP) — техника амплификации ДНК в одной пробирке. Метод LAMP позволяет проводить молекулярную диагностику существенно дешевле и быстрее, по сравнению с ПЦР. При диагностике РНК-вирусов метод LAMP позволяет проводить обратную транскрипцию и амплификацию в одной пробирке, без переноса жидкости.
Бисульфи́тное секвени́рование — общее название группы методов, направленных на изучение паттерна метилирования ДНК посредством обработки её бисульфитом.
Флуоресце́нтная гибридиза́ция in situ, или метод FISH (англ. fluorescence in situ hybridization — FISH), — цитогенетический метод, который применяют для детекции и определения положения специфической последовательности ДНК на метафазных хромосомах или в интерфазных ядрах in situ. Кроме того, FISH используют для выявления специфических мРНК в образце ткани. В последнем случае метод FISH позволяет установить пространственно-временные особенности экспрессии генов в клетках и тканях.
Иммунопреципита́ция — метод выделения белка из сложных смесей, таких как клеточные лизаты, сыворотки и тканевые гомогенаты, при помощи специфичных к белку антител. Иммунопреципитация позволяет детектировать изменения экспрессии белка, характеризовать белки, с которыми исследуемый белок образует комплекс, выявлять сайты связывания белка с нуклеиновыми кислотами.
Комплементарная ДНК (кДНК, англ. сDNA) — это ДНК, синтезированная на матрице зрелой мРНК в реакции, катализируемой обратной транскриптазой.
Вирусный эукариогенез — гипотеза происхождения эукариотического клеточного ядра в результате эндосимбиоза крупных ДНК-содержащих вирусов и метаногенных прокариот (архей). На основе вируса сформировалось ядро эукариотического типа, которое затем включило в свой геном гены хозяина и, в конечном итоге, перехватило управление клеткой. Гипотеза была предложена Филиппом Беллом в 2001 году и получила дополнительную поддержку при исследовании механизмов синтеза белка у крупных ДНК-содержащих вирусов, таких.
В биохимии и молекулярной биологии фо́лдингом белка (укладкой белка, от англ. folding) называют процесс спонтанного сворачивания полипептидной цепи в уникальную нативную пространственную структуру (так называемая третичная структура).
Синтети́ческая биоло́гия (англ. synthetic biology) — новое научное направление в биологии, занимающееся проектированием и созданием биологических систем с заданными свойствами и функциями, в том числе и тех, которые не имеют аналогов в природе.
Секрето́мика — раздел протеомики, изучающий все секретируемые белки клетки, ткани или организма. Секретируемые белки не только вовлечены во множество различных физиологических процессов, включая передачу клеточного сигнала и ремоделирование внеклеточного матрикса, но и являются неотъемлемой частью инвазии и метастазирования злокачественных клеток. Секретомика, таким образом, важна в выявлении биомаркеров рака.
Искусственная жизнь (англ. a-life, от artificial life) — изучение жизни, живых систем и их эволюции при помощи созданных человеком моделей и устройств. Данная область науки изучает механизм процессов, присущих всем живым системам, невзирая на их природу. Хотя этот термин чаще всего применяется к компьютерному моделированию жизненных процессов, он также подходит и к жизни в пробирке (англ. wet alife), изучению искусственно созданных белков и других молекул. Для простоты эта статья описывает компьютерную.
Космиды (Cosmides) — плазмиды, содержащие фрагмент ДНК фага лямбда включая cos-участок. Вместе с системами упаковки в фаговые частицы in vitro используются как векторные молекулы для клонирования генов и при построении геномных библиотек. Космиды были впервые сконструированы Коллинсом и Брюнингом в 1978 году. Их название происходит от сокращения двух терминов: cos-участок (сам термин в свою очередь происходит от англ. cohesive ends — липкие концы) и плазмида.
Система рестрикции-модификации — ферментативная система бактерий, разрушающая попавшую в клетку чужеродную ДНК. Основная её функция — защита клетки от чужеродного генетического материала, например, бактериофагов и плазмид. Для компонентов системы характерны два типа активности — метилтрансферазная (метилазная) и эндонуклеазная. За каждую из них могут отвечать как отдельные белки, так и один белок, сочетающий в себе обе функции.Система рестрикции-модификации (СР-М) специфична по отношению к определённым.
Мир РНК — гипотетический этап возникновения жизни на Земле, когда как функцию хранения генетической информации, так и катализ химических реакций выполняли ансамбли молекул рибонуклеиновых кислот. Впоследствии из их ассоциаций возникла современная ДНК-РНК-белковая жизнь, обособленная мембраной от внешней среды. Идея мира РНК была впервые высказана Карлом Вёзе в 1968 году, позже развита Лесли Орджелом и окончательно сформулирована Уолтером Гильбертом в 1986 году.
Криоэлектронная микроскопия (крио-ЭМ) или электронная криомикроскопия — это форма просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ, англ. ТЭМ), в которой образец исследуется при криогенных температурах (обычно в жидком азоте). КриоЭМ набирает популярность в структурной биологии, так как позволяет наблюдать за образцами, которые не были окрашены или каким-либо образом зафиксированы, показывая их в их родной среде. Это контрастирует с рентгеновской кристаллографией, которая требует кристаллизации образца.
Предпочте́ние кодо́нов — понятие, описывающее явление неравных частот встречаемости синонимичных кодонов в кодирующих областях генома.
История молекулярной биологии начинается в 1930-х годах с объединения ранее отдельных биологических дисциплин: биохимии, генетики, микробиологии и вирусологии. Кроме того, в надежде, что новая дисциплина откроет возможности понимания фундаментальных основ жизни, в неё пришли многие химики и физики.
Эволюция вирусов — раздел эволюционной биологии и вирусологии, который посвящён именно эволюции вирусов. Множество вирусов, в частности РНК-вирусы, имеют маленький период размножения и повышенную частоту мутаций (одна точечная мутация или более на геном за один раунд репликации РНК вируса). Такая повышенная частота мутаций, в случае комбинации с естественным отбором, позволяет вирусам быстро адаптироваться к изменениям в окружающей среде.
Мобильные генетические элементы (МГЭ, англ. Mobile genetic elements, MGE) — последовательности ДНК, которые могут перемещаться внутри генома.
Откры́тый хромати́н (англ. open chromatin) — небольшие участки хроматина, свободные от нуклеосом. Посадке нуклеосом, как правило, препятствуют связанные с хроматином белковые факторы, узнающие определённые последовательности ДНК. К числу таких белков относятся транскрипционные факторы, ДНК- или РНК-полимеразы. Открытый хроматин часто совпадает с цис-регуляторными последовательностями, а именно: промоторами, энхансерами, инсуляторами, сайленсерами, участками начала репликации ДНК. Размер открытых.
Эксперимент Освальда Эвери, Колина Маклауда и Маклина Маккарти (англ. Oswald Avery, Colin MacLeod, Maclyn McCarty), произведённый в 1944 году, доказал, что веществом, вызывающим трансформацию бактерий, является ДНК. Это явилось первым материальным доказательством роли ДНК в наследственности.
Мутагенез — внесение изменений в нуклеотидную последовательность ДНК (мутаций). Различают естественный (спонтанный) и искусственный (индуцированный) мутагенез.
Эндонуклеазы рестрикции, рестриктазы (от лат. restrictio — ограничение) — группа ферментов, относящихся к классу гидролаз, катализирующих реакцию гидролиза нуклеиновых кислот.
Предсказа́ние структу́ры белка́ (англ. protein structure prediction) — направление молекулярного моделирования, предсказание по аминокислотной последовательности трёхмерной структуры белка (вторичной, третичной или четвертичной). Существенно отличается от проблемы дизайна белка (англ. protein design). Предсказание структуры белка — одна из самых важных целей биоинформатики и теоретической химии. Оно применяется в медицине (например, в фармацевтике) и биотехнологии (например, при создании новых ферментов.
Амплификация (лат. amplificatio — усиление, увеличение), в молекулярной биологии — процесс образования дополнительных копий участков хромосомной ДНК, как правило, содержащих определённые гены либо сегменты структурного гетерохроматина. Амплификация может быть ответом клеток на селективное воздействие (например, при действии метотрексата). Амплификация — один из механизмов активации онкогенов в процессе развития опухоли, например, онкогена N-myc при развитии нейробластомы. Также амплификация — накопление.
1. Ксенобиология (от др.-греч. ξενος — чужой и -λογία — наука) — наука о чужеродных химических соединениях в живом организме и о вызываемых этими соединения биологических реакциях.
2. Ксенобиология (от др.-греч. ξενος — чужой и -λογία — наука) — наука о формах жизни внеземного происхождения. Часто используется в качестве синонима астробиологии. Однако, в отличие от астробиологии, которая занимается поисками жизни на основе классических органических соединений, ксенобиология ищет более необычные формы жизни. Она включает в себя жизнь на неземлеподобных планетах, и на других небесных телах.
Концепт был широко принят в восьмидесятых годах (Например, гипотеза о существовании богатой биосферы в верхних частях атмосферы Юпитера). Тем не менее, с 1990 года главной целью NASA стали поиски воды и только той жизни, которая базируется на ней. Главная причина для такой перемены, это неизвестность, что нужно искать и где. Формы жизни, предсказываемые ксенобиологами, трудны для обнаружения вследствие отсутствия известных маркеров жизни (озон, метан, вода). Также довольно сложной задачей является организация экспедиций для поиска такой жизни. Примером такой жизни могут служить организмы, которые не используют ДНК или РНК в качестве генетического кода. Биология таких организмов сильно отличается.
Из книги Л. М. Гиндилиса "Поиск Внеземного Разума".
Ксеноархеология — это гипотетическая форма археологии, имеющая дело с физическими останками прошлого инопланетных цивилизаций (но необязательно вымерших). Они могут быть найдены на планетах или спутниках, в космосе, астероидном поясе, орбитах планет или точках Лагранжа.
Ксеноархеологию иногда называют экзоархеологией, хотя существуют некоторые аргументы, что префикс экзо- более корректно применять для изучения человеческой деятельности в космосе. Планетарное SETI имеет дело с поиском внеземных структур на поверхности небесных тел в Солнечной системе.
Мотивация поисков
Возможно, что из-за огромного расстояния между звездами любое открытое нами свидетельство существования внеземного разума, будь то артефакт или электромагнитный сигнал, может происходить от давно исчезнувшей цивилизации. Поэтому весь проект SETI может быть формой археологии.
Вики Уэльшь предлагает использовать при поиске артефактов принцип заурядности и уравнение Дрейка. Она предполагает, что теоретические и умозрительные области археологии созданы для проверки необычных гипотез и пригодятся для времени, когда инопланетные артефакты будут доступны для исследования.
История
Следы происхождения этой области науки можно найти в ранних теориях конца XIX века о гипотетической марсианской цивилизации, основывающиеся на наблюдениях Марса. Эти теории были главным образом вдохновлены неправильным переводом высказывания Джованни Скиапарелли.
Планетарное SETI
Планетарное SETI имеет дело с поиском внеземных структур на поверхности небесных тел в Солнечной системе. Общество Планетарного SETI — это свободная организация исследователей заинтересованных этой областью.
Проект SETI возобновляет работу по поиску внеземных цивилизаций
(19:04) 10.08.2011
Институт SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) сегодня анонсировал, что радиотелескопы Allen Telescope Array, занимающиеся анализом радиоизлучения во Вселенной, вновь заработали и научный процесс был возобновлен, после того, как научно-исследовательской заведение получило более 200 000 долларов от публичных инвесторов. Ранее SETI запустил кампанию по сбору денег от добровольцев. На сегодня SETI говорит о том, что проекту активно помогли более 2000 человек, пожелавших, чтобы поиск внеземных цивилизаций был продолжен.
Пирсон говорит, что 200 000 долларов достаточно для старта работ и непродолжительного их ведения, но для долговременного функционирования проекта необходимы новые источники финансирования, поэтому SETI ведет переговоры с ВВС США об участии в проекте анализа информации о космическом мусоре на околоземной орбите. За участие в этом проекте SETI будет получать деньги, необходимые для работы по основному направлению.
Созданный в 2007 году массив радиотелескопов расположен на севере Сан-Франциско. Он состоит из 42 тарелок, подключенных к 64 выделенным серверам, анализирующим поступающую информацию. Серверы были подарены проекту SETI компаниями Dell и Intel. При полной загрузке телескоп может производить до 200 терабайт информации для анализа. Изначально массив телескопов был создан на средства сооснователя Microsoft Пола Аллена.
Разумеется, наблюдение и анализ радиоизлучения Вселенной достойны всякого уважения, ну, с финансированием . А вот проект поиска внеземных цивилизаций лично я никогда финансировать бы не стал. Чтоб не получилось, как в легенде о незадачливом алхимике и доверившейся ему графине.
Более подробно о проекте марсианской научной лаборатории MSL - Curiosity – любознательность
Curiosity () (Mars Science Laboratory) — марсоход нового поколения, который будет представлять собой автономную химическую лабораторию в несколько раз больше и тяжелее прежних марсоходов Spirit и Opportunity. Аппарат должен будет за несколько месяцев пройти от 5 до 20 километров и провести полноценный анализ марсианских почв и компонентов атмосферы. Космический корабль доставки будет снабжен вспомогательными ракетными двигателями для контролируемого снижения при посадке, которые до этого при спуске марсоходов не использовались.
Запуск аппарата к Марсу планировался в октябре 2009 г., а прибытие на Марс летом 2010 г. Однако 4 декабря 2008 года НАСА объявило о переносе старта миссии на 2011 год.[1]
В разработке аппарата помимо NASA участвуют также другие космические агентства.
Место посадки Mars Science Laboratory ещё не определено. Подходящий участок будет выбран при помощи спутника Mars Reconnaissance Orbiter.
Название Curiosity было выбрано в 2009 году путем интернет-голосования среди вариантов, предложенных школьниками. Среди других вариантов были Adventure ("Приключение"), Amelia, Journey ("Путешествие"), Perception ("Восприятие"), Pursuit ("Стремление"), Sunrise ("Восход"), Vision ("Видение") и даже Wonder ("Чудо").
Задачи и цели миссии
MSL имеет четыре основных цели:
• Установить, существовала ли когда-либо жизнь на Марсе.
• Получить подробные сведения о климате Марса.
• Получить подробные сведения о геологии Марса.
• Провести подготовку к высадке человека на Марсе.
Для достижения этих целей перед MSL поставлено восемь основных задач:
• Обнаружить и установить природу марсианских органических углеродных соединений.
• Обнаружить вещества, необходимые для существования жизни : углерод,водород,азот,кислород,фосфор,серу.
• Обнаружить следы возможного проистекания биологических процессов.
• Определить химический состав марсианской поверхности.
• Установить процесс формирования марсинских камней и почвы.
• Оценить процесс эволюции марсианской атмосферы в долгосрочном периоде.
• Определить текущее состояние, распределение и круговорот воды и углекислого газа.
• Установить спектр радиоактивного излучения поверхности Марса.
Характеристики
Сравнение марсоходов Mars Science Laboratory, Spirit и Sojourner Колеса марсоходов в сравнении со автомобильным 14-дюймовым диском MSL имеет 3 метра в длину, 2,1 метра в высоту с разложенной камерой и 2,7 метра в ширину[2]. Диаметр колёс составляет примерно 51 сантиметр. Вес марсохода 900 килограмм (включая 80 килограмм исследовательского оборудования) [3]
На поверхности Марса MSL будет способен преодолевать препятствия до 75 сантиметров в высоту. Максимальная предполагаемая скорость на пересеченной местности будет составлять 90 метров в час при автоматической навигации. Средняя же скорость, предположительно, составит 30 метров в час. Ожидается, что за время двухлетней миссии MSL пройдет не менее 19 километров.[4]
Конструкция прибора подобна тем, что использовались ранее — платформа с научными приборами на шести колесах. При этом он будет втрое тяжелее прежних марсоходов и обойдется в 1,5 миллиарда долларов. Вместо солнечных батарей в качестве источника энергии будет использован РИТЭГ, избавляя от проблемы запыления панелей солнечных батарей и простоев аппарата в ночное время. Выбранный РИТЭГ нового поколения способен снабжать марсоход в течение 14 лет[5].
Космический аппарат будет состоять из трех модулей — перелетного, посадочного и ровера-марсохода. Масса космического аппарата — 3,4 т, ровера — 930 кг, масса научной аппаратуры, установленной на ровере — 80 кг.
Посадочный модуль отделится от перелетного модуля перед входом в атмосферу. Для торможения посадочного модуля сначала будет использоваться сопротивление воздуха, затем парашют, и наконец, тормозные двигатели. Сам посадочный модуль не сразу коснется поверхности планеты — на определенной высоте ровер опустится на тросах, которые затем отстрелятся, а посадочный модуль отлетит в сторону, чтобы не загрязнять реактивными выхлопами место посадки ровера.
Исследовательские приборы
Еще в 2004 году НАСА сделало запрос о предложениях научных инструментов, которые должна будет принести MSL на поверхность Марса. Было внесено большое количество предложений и НАСА выбрало 8 самых актуальных. В ходе переговоров с другими странами НАСА заключило соглашение с Испанией и Россией о создании дополнительных инструментов. Давайте рассмотрим каждый из инструментов, которые получили билет на Марс.
Набор SAM (Sample Analysis at Mars, что переводится как анализ образцов на Марсе) должен обеспечить изучение образцов, которые будут добыты манипулятором Curiosity. Что входит в SAM? Это хроматограф газового типа, масс-спектрометр, а также спектрометр с настраиваемым лазером. Данное оборудование способно определить большое количество вариантов соединений органического типа, а также выявить соотношения различных изотопов основных элементов. Соотношение изотопных соединений может дать ответ на вопрос эволюции водной среды на Марсе, а также изучить его атмосферу. Главный исследователь данной программы – Пол Махаффи, ученый из Центра космических полётов имени Годарда.
Оборудование Sample Analysis at Mars
Для проведения рентгенофлуоресцентного анализа и рентгенографии будет использоваться аппарат CheMin. Данный инструмент разработан для проведения идентификации и количественной оценки образцов минералов в горных породах и грунтовых образцах, а также для измерения сыпучести различных смесей грунта. Главный разработчик и исследователь - Дэвид Блейк, ученый из Исследовательского центра имени Эймса.
Установка CheMin instrument
Для фотосъемки горной породы будет применяться аппарат MAHLI (Mars Hand Lens Imager), который выполнит снимки крупным планом. Данное оборудование будет расположено в руке-манипуляторе и способно производить четкие снимки породы, на которой будут видны трещины величиной с человеческий волос. Аппарат может фокусироваться на труднодоступных объектах, которые расположены вне зоны досягаемости руки-манипулятора. Главный исследователь – Кеннет Эджетт.
Аппарат Mars Hand Lens Imager
В руке-манипуляторе расположится аппарат APXS (Alpha Particle X-ray Spectrometer), который предназначается для спектрального анализа образцов грунта и пород с поверхности Марса. Это позволит определить относительное содержание различных микроэлементов. В разработке аппарата принимало участие Канадское космическое агентство. Ведущий ученый Ральф Геллерт из Университета Гуэлфа.
Инструмент Alpha Particle X-ray Spectrometer
На высоте человеческого роста будет расположена мачтовая камера Mast Camera, которая позволит визуально оценивать обстановку в цветном режиме. Камера имеет высокое разрешение и способна сохранять видеоряд без потери качества изображения. Камера позволит осматривать собранные или обработанные рукой-манипулятором образцы. Ведущий исследователь – Майкл Малин.
Мачтовая камера Mast Camera
Прибор ChemCam позволит при помощи лазерных импульсом испарять слои материалов пород на глубину до 9 метров от поверхности Марса. Прибор имеет телескоп, который будет осуществлять захват изображения освещённого пучком лазера, а также спектрометр, который будет определять структуру атомов вещества, затронутого лазером. Это оборудование разместится на мачте марсохода. Главный исследователь – Роджер Винс, ученый из Лос-Аламосской национальной лаборатории.
Для измерения радиационного фона на поверхности марса будет использоваться прибор RAD (Radiation Assessment Detector). Данная информация будет полезна для формирования миссии на Марс с участием человека. А также данный прибор поможет понять, пригоден ли Марс для заселения. Главный исследователь – Дональд Хасслер, ученый из Юго-Западного исследовательского института.
Прибор Radiation Assessment Detector
Перед посадкой на поверхность Марса аппарат произведет цветную видеосъемку участка, для дальнейшего составления плана последующей работы. Для этого будет использоваться камера Mardi (Mars Descent Imager). Главный исследователь – Майкл Малин.
Камера Mardi (Mars Descent Imager)
Для получения данных об атмосферном давлении, температуре, влажности, скорости ветра и уровня ультрафиолетового излучения будет использоваться прибор REMS (Rover Environmental Monitoring Station). Прибор был разработан Министерством образования и науки Испании. Главный исследователь – Хавьер Гомес-Эльвира, ученый из Мадридского Центра Астробиологии.
Оборудование REMS (Rover Environmental Monitoring Station)
Наши отечественные ученые из Федерального космического агентства России также создали прибор DAN (Dynamic Albedo of Neutrons), который измерять уровень водорода на поверхности Марса, а также на глубине до 1 метра. Водород может указать на наличие льда на поверхности Марса или наличия водных компонентов в различных минералах. Главный исследователь – Игорь Митрофанов, ученый из Института космических исследований РАН.
Подробнее о российском приборе DAN (Dynamic Albedo of Neutrons instrument)
(Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН). Руководитель проекта – д. ф.-м.н. И.Г. Митрофанов)
В создании прибора DAN принимали участие:
-ФГУП Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова (г. Москва)
Создание блока нейтронного генератора для прибора ДАН
-Институт Машиноведения РАН им. А.А. Благонравова (г. Москва)
Создание математической модели механической конструкции прибора; участие в создании испытательной базы для прибора ДАН в соответствии с требованиями НАСА; в подготовке методик проведения механических испытаний образцов и сопровождение испытаний образцов прибора.
-Объединенный Институт Ядерных Исследований (г. Дубна, Московская обл.)
Математическое моделирование счетных характеристик прибора ДАН; участие в разработке физической схемы прибора ДАН, подготовка и проведение калибровок образцов прибора на естественных и искусственных источниках нейтронов и на модельном стенде
-Институт Геохимии и Аналитической Химии им. В.И. Вернадского РАН (г. Москва)
Моделирование геологической обстановки на трассе марсохода для оптимизации конструкции ДАН и обработки научных данных
-Лаборатория реактивного движения НАСА (JPL, USA)
Испытания инструмента в составе КА, обработка данных совместно с данными других экспериментов
-Университет Аризоны (UofA, USA)
Управление прибором в полете и подготовка данных
Наземный комплекс для обеспечения ядерно-физических научных космических экспериментов
Год:
2010
Автор:
Малахов, Алексей Владимирович
Тема диссертации :
Наземный комплекс для обеспечения ядерно-физических научных космических экспериментов
Ученая cтепень:
кандидат физико-математических наук
Место защиты диссертации:
Москва
Код cпециальности ВАК:
01.04.01
Специальность:
Приборы и методы экспериментальной физики
Выдержки из автореферата диссертации
Содержание
Разница между ксено-, экзо- и астробиологией
Научный подход
В ксенобиологии цель состоит в разработке и создании биологических систем, которые отличаются от своих естественных аналогов на одном или нескольких фундаментальных уровнях. В идеале эти новички в природе были бы разными во всех возможных биохимических аспектах, демонстрируя совершенно другой генетический код. [11] Долгосрочная цель - сконструировать клетку, которая будет хранить свою генетическую информацию не в ДНК, а в альтернативном информационном полимере, состоящем из ксенонуклеиновых кислот (XNA), различных пар оснований, с использованием неканонических аминокислот и измененного генетического кода. До сих пор были сконструированы ячейки, которые включают только одну или две из этих функций.
Ксенонуклеиновые кислоты (XNA)
Первоначально это исследование альтернативных форм ДНК было вызвано вопросом о том, как жизнь развивалась на Земле и почему РНК и ДНК были выбраны (химической) эволюцией по сравнению с другими возможными структурами нуклеиновых кислот. [12] Две гипотезы для выбора РНК и ДНК в качестве основы жизни: либо они предпочтительны в условиях жизни на Земле, либо они случайно присутствовали в химии дожизненных людей и продолжают использоваться сейчас. [13] Систематические экспериментальные исследования, направленные на диверсификацию химической структуры нуклеиновых кислот, привели к созданию совершенно новых информационных биополимеров. К настоящему времени синтезирован ряд XNA с новыми химическими основами или уходящей группой ДНК, [3] [14] [15] [16] например: гексозонуклеиновая кислота (HNA); нуклеиновая кислота треозы (TNA), [17] гликолевая нуклеиновая кислота (GNA) циклогексенильная нуклеиновая кислота (CeNA). [18] Включение XNA в плазмиду, включающую 3 кодона HNA, было завершено уже в 2003 году. [19] Эта XNA используется in vivo (E. coli) в качестве матрицы для синтеза ДНК. Это исследование с использованием бинарной (G / T) генетической кассеты и двух оснований, не относящихся к ДНК (Hx / U), было распространено на CeNA, в то время как GNA кажется слишком чужеродным на данный момент для использования естественной биологической системы в качестве матрицы. для синтеза ДНК. [20] Расширенные основания, использующие основу естественной ДНК, аналогичным образом могут быть транслитерированы в природную ДНК, хотя и в более ограниченной степени. [21]
Помимо использования в качестве расширений цепей матричной ДНК, активность XNA была протестирована для использования в качестве генетических катализаторы. Хотя белки являются наиболее распространенными компонентами клеточного ферментативная активность, нуклеиновые кислоты также используются в клетке для катализирования реакций. Исследование 2015 года показало, что несколько различных видов XNA, в первую очередь FANA (2'-фторарабинуклеиновые кислоты), а также HNA, CeNA и ANA (арабинуклеиновые кислоты), могут использоваться для расщепления РНК во время посттранскрипционная обработка РНК действуют как ферменты XNA, отсюда и название XNAzymes. FANA XNAzymes также продемонстрировали способность лигировать субстраты ДНК, РНК и XNA. [13] Хотя исследования XNAzyme все еще являются предварительными, это исследование было шагом в направлении поиска компоненты синтетической схемы которые более эффективны, чем те, которые содержат аналоги ДНК и РНК, которые могут регулировать ДНК, РНК и свои собственные, XNA, субстраты.
Расширяя генетический алфавит
В мае 2014 года исследователи объявили, что успешно внедрили два новых искусственных нуклеотиды в бактериальную ДНК, наряду с четырьмя встречающимися в природе нуклеотидами, и путем включения отдельных искусственных нуклеотидов в культуральную среду, смогли пройти бактерии 24 раза; они не создали мРНК или белки, способные использовать искусственные нуклеотиды. [31] [32] [33]
Новые полимеразы
Ни XNA, ни противоестественные базы не распознаются естественными полимеразы. Одна из основных проблем - найти или создать новые типы полимераз, которые смогут воспроизвести эти новые для природы конструкции. В одном случае модифицированный вариант ВИЧ-обратная транскриптаза было обнаружено, что он способен амплифицировать с помощью ПЦР олигонуклеотид, содержащий пару оснований третьего типа. [34] [35] Pinheiro et al. (2012) продемонстрировали, что метод эволюции и дизайна полимеразы успешно привел к хранению и восстановлению генетической информации (длиной менее 100 п.н.) из шести альтернативных генетических полимеров, основанных на простых архитектурах нуклеиновых кислот, не встречающихся в природе, ксено нуклеиновые кислоты. [36]
Генетическая инженерия кода
Еще более радикальным изменением генетического кода является замена триплетного кодона на квадруплетный и даже пентаплетный кодон, впервые примененный Sisido в бесклеточных системах. [45] и Шульцем в бактериях. [46] Наконец, неприродные пары оснований можно использовать для введения новой аминокислоты в белки. [47]
Направленная эволюция
Цель замены ДНК на XNA также может быть достигнута другим путем, а именно путем создания среды вместо генетических модулей. Этот подход был успешно продемонстрирован Марльером и Мютцелем при создании Кишечная палочка штамм, ДНК которого состоит из стандартных нуклеотидов A, C и G, но имеет синтетический аналог тимина 5-хлороурацил вместо тимина (T) в соответствующих положениях последовательности. Затем эти клетки зависят от поступающего извне 5-хлороурацила для роста, но в остальном они выглядят и ведут себя как обычно. Кишечная палочка. Эти клетки, однако, в настоящее время еще не являются полностью ауксотрофными по отношению к Xeno-base, поскольку они все еще растут на тимине, когда он вводится в среду. [48]
Биобезопасность
Вопросы управления и регулирования
Ксенобиология может бросить вызов нормативно-правовой базе, поскольку в настоящее время законы и директивы касаются генетически модифицированных организмов и не упоминают напрямую химически или геномно модифицированные организмы. Принимая во внимание, что настоящие ксенобиологические организмы не появятся в ближайшие несколько лет, у политиков действительно есть время, чтобы подготовиться к предстоящим вызовам в области управления. С 2012 года следующие группы подняли эту тему как развивающуюся проблему управления: советники по политике в США, [57] четыре национальных совета по биобезопасности в Европе, [58] Европейская организация молекулярной биологии, [59] и Научный комитет Европейской комиссии по возникающим и недавно выявленным рискам для здоровья (SCENIHR) в трех заключениях (Определение, [60] методологии оценки рисков и аспекты безопасности, [61] и риски для окружающей среды и биоразнообразия, связанные с синтетической биологией и приоритетами исследований в области синтетической биологии. [62] ).
Разница между ксено-, экзо, и астро-
Цели ксенобиологии
Научный подход
Целью ксенобиологии является проектирование и создание биологических систем, которые отличаются от своих природных аналогов на одном или нескольких основных уровнях. В идеале эти новые организмы будут отличаться в каждом возможном биохимическом аспекте, отражая, таким образом, другой генетический код. Долгосрочная цель заключается в создании клетки, которая будет сохранять свою генетическую информацию не в ДНК, но в альтернативном информационном полимере, который состоит из КСНК, других пар оснований, с использованием неканонических аминокислот и измененного генетического кода. На данный момент создано клетки, которые включают только одну или две из этих функций.
Ксенонуклеинови кислоты (КСНК)
Сначала исследования альтернативных форм ДНК было обусловлено вопросом о том, как развивалась жизнь на земле и почему РНК и ДНК были отобраны в процессе (химической) эволюции в отличие от других возможных структур нуклеиновых кислот. Систематические экспериментальные исследования, направленные на диверсификацию химической структуры нуклеиновых кислот, привели к созданию совершенно новых информационных биополимеров. На данный момент синтезирований ряд КСНК на базе новых химических основ или мотивов ДНК, например гексозонуклеинова кислота (ГУК), треозонуклеинова кислота (ТНК), гликольнуклеинова кислота (ГлНК), циклогексенилнуклеинова кислота (ЦНК). Включение КсНА в плазмиды с использованием трех кодонов ГНК состоялось в 2003 году. Эта КСНК используется in vivo (E. coli) в качестве матрицы для синтеза ДНК. В это исследование, которое использовало двойную (G / T) генетическую кассету и две основы, которые не входят в состав ДНК (Hs / U), были включены также ЦНК. ГлНК сейчас слишком чужеродной для естественной биологической системы, чтобы быть шаблоном для синтеза ДНК. Дополнительные основания, используют природный каркас ДНК, могут также быть транслитерированные в естественную ДНК, хотя и в более ограничительно степени.
Расширенный генетический алфавит
Новые полимеразы
Ни КСНК, ни неестественные основы не распознаются естественными полимеразы. Одной из основных проблем является нахождение или создание новых типов полимераз, которые будут в состоянии копировать эти новые конструкции. В одном случае было обнаружено, что модифицированный вариант ВИЧ-обратной транскриптазы способен к ПЦР-амплификации олигонуклеотидов, содержащий пару основ третьего типа. Пиньера и др. (2012) показали, что метод полимеразной эволюции и дизайна способствовал сохранению и восстановлению генетической информации (менее 100 пар оснований длиной) от шести альтернативных генетических полимеров, основанных на простых нуклеиновых кислотах, которые не встречаются в природе.
Разработка генетического кода
Еще более радикальными изменениями в генетическом коде есть изменения триплетного кодона на квадриплетний и даже пентаплетний кодоны, которые были проведены Сисидо в бесклеточной системах, и Шульцем в бактериальных клетках. Наконец, неестественные пары оснований могут быть использованы для введения в белки новой аминокислоты.
Направлена эволюция
Замена ДНК на КСНК может быть также выполнена другим путем, а именно путем изменения окружающей среды вместо генетических модулей. Этот подход успешно продемонстрировали Марльер и Мютцель: они создали штамм E. coli, ДНК которого состоит из стандартных A, C и G нуклеотидов, но также синтетический аналог тимина — 5-хлорурацил — в соответствующих местах ДНК последовательности. Рост этих клеток в дальнейшем зависит от 5-хлорурацилу, поступающего извне, но в остальном они выглядят и ведут себя, как обычный штамм E. coli. Этот подход, таким образом, устанавливает два барьера для любого взаимодействия с другими бактериями, поскольку штамм является ауксотрофним для неестественно химического соединения, и содержит форму ДНК, которая не может быть расшифрована другими организмами.
Биобезопасность
Управление и регуляторные вопросы
Ксенобиологии может быть сложным вопросом для нормативно-правовой базы, поскольку на данный момент законы и директивы регулируют вопрос о генетически модифицированных организмах, но непосредственно не упоминают химически или геномной модифицированные организмы. Принимая во внимание, что в реальности ксенобиологични организмы в ближайшие годы не ожидается, законодательство должно некоторое время для подготовки к будущим изменениям на уровне управления. Начиная с 2012 года, политические советники в США, четыре национальных комитета по биобезопасности в Европе, и Европейская организация молекулярной биологии заметили эту тему как будущую проблему управления.
Читайте также: