เรียกฉันว่าไร้เดียงสา แต่เมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมาฉันไม่เคยรู้เลยว่าคุณสามารถซื้อ DNA ได้ ในฐานะนักฟิสิกส์ ฉันคุ้นเคยกับ DNA ว่าเป็น “โมเลกุลของชีวิต” ซึ่งเป็นสิ่งที่นำข้อมูลทางพันธุกรรมและช่วยให้สิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อน เช่น คุณและฉันถูกสร้างขึ้น แต่ฉันรู้สึกประหลาดใจที่พบว่าบริษัทเทคโนโลยีชีวภาพทำให้ DNA บริสุทธิ์จากไวรัส และจะจัดส่งสารละลายที่เข้มข้นให้ในโพสต์ ความจริงแล้ว คุณสามารถสั่งซื้อ
ทางออนไลน์ได้
ซึ่งตรงกับสิ่งที่ฉันทำ มีเพียงความประหลาดใจอีกครั้งในร้านเมื่อสารละลาย DNA มาถึงห้องทดลองของฉันในเอดินเบอระ มันมาในหลอดที่มีดีเอ็นเอประมาณครึ่งมิลลิกรัมต่อน้ำหนึ่งลูกบาศก์เซนติเมตร ด้วยความกระตือรือร้นที่จะทดลอง ฉันพยายามปิเปตสารละลายบางส่วนออก แต่สารละลายไม่ไหล
เข้าสู่หลอดพลาสติกของฉันอย่างอิสระ กลับมืดมนและต่อต้านการดูดของปิเปตของฉัน ฉันรีบไปหาเพื่อนร่วมงานในห้องทดลองของฉัน และประกาศ “การค้นพบ” อันน่าทึ่งของฉันอย่างกระตือรือร้น พวกเขามองมาที่ฉันเหมือนฉันเป็นคนงี่เง่า แน่นอนว่าคำตอบของ DNA นั้นมืดมน
ฉันควรจะรู้ดีกว่านี้. เป็นเรื่องง่ายที่จะทำให้ DNA ในอุดมคติเป็นวัสดุวิเศษ แต่โดยพื้นฐานแล้วมันเป็นเพียงโพลิเมอร์แบบเกลียวคู่สายยาวที่ประกอบด้วยโมโนเมอร์สี่ชนิดที่แตกต่างกัน ได้แก่ นิวคลีโอไทด์ A, T, C และ G ซึ่งเรียงซ้อนกันเป็นคู่เบส และเช่นเดียวกับพอลิเมอร์อื่นๆ ที่มีความเข้มข้นสูง
สายดีเอ็นเอสามารถพันกันได้ ในความเป็นจริงแล้ว พวกมันถูกผูกมัดมากเสียจนเซลล์ของมนุษย์เซลล์เดียวสามารถมี DNA ได้ถึง 2 เมตรอัดแน่นอยู่ในวัตถุที่มี ขนาด เพียง 10 μm เมื่อขยายขนาดขึ้น ก็เหมือนกับการเก็บลวดเส้นเล็กยาว 20 กม. ไว้ในกล่องที่ไม่ใหญ่ไปกว่าโทรศัพท์มือถือของคุณ
แต่ถ้าโมเลกุลของ DNA ยังคงพันกันยุ่งเหยิงอย่างน่าสยดสยอง ธรรมชาติก็จะมีปัญหาใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เป็นไปไม่ได้ที่โครโมโซม ซึ่งเป็นชิ้นส่วนยาวของ DNA ที่มีคู่เบสหลายล้านคู่จะถูกอ่านและคัดลอกอย่างต่อเนื่อง และถ้าไม่เกิดขึ้น เซลล์ก็จะไม่สามารถสร้างโปรตีนและเพิ่มจำนวนได้
ต้องขอบคุณ
ความมหัศจรรย์ของวิวัฒนาการ ธรรมชาติได้แก้ปัญหานี้ด้วยการ “วิศวกรรม” โปรตีนพิเศษที่สามารถเปลี่ยนรูปร่างของ DNA หรือ “โทโพโลยี” เพื่อกำจัดสิ่งกีดขวาง โครโมโซมของมนุษย์ทั่วไปจะใช้เวลาประมาณ 500 ปีในการเลิกทำหรือ “ผ่อนคลาย” สิ่งกีดขวาง แต่โปรตีนที่ชาญฉลาดเหล่านี้
สามารถเร่งกระบวนการได้ เช่น ทำให้โมเลกุล DNA แตกตัวชั่วคราวแล้วเปลี่ยนรูปใหม่ โปรตีนเหล่านี้มีความสำคัญต่อการทำงานของเซลล์ชีวภาพ นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไม DNA ที่ฉันซื้อทางออนไลน์จึงมืดมนมาก มันเป็นรูปแบบบริสุทธิ์ที่ไม่มีโปรตีนที่จะขจัดสิ่งกีดขวาง น่าเสียดายที่อาจมีโปรตีนเหล่านี้
มากเกินไปในเซลล์มะเร็งบางชนิด ซึ่งส่งผลให้เซลล์มะเร็งเพิ่มจำนวนขึ้นอย่างรวดเร็วอย่างไม่น่าเชื่อ เนื่องจากโปรตีนสามารถขจัดสิ่งกีดขวางได้อย่างมีประสิทธิภาพ ยาต้านมะเร็งตัวแรกและมีประสิทธิภาพมากที่สุดบางตัวคือยาที่สามารถหยุดโปรตีนที่เรียกว่า “โทโพไอโซเมอเรสชนิดที่ 2”
จากการกำจัดสิ่งกีดขวาง ยาเหล่านี้มีผลข้างเคียงที่น่ารังเกียจเนื่องจากโปรตีนโทโพไอโซเมอเรสยังมีบทบาทสำคัญในเซลล์ปกติที่แข็งแรง ด้วยการรวมความรู้ของเราเกี่ยวกับฟิสิกส์ของพอลิเมอร์และอณูชีววิทยา เราสามารถใช้ประโยชน์จากพฤติกรรมที่เหมือนสบู่ของ DNA เพื่อสร้างวัสดุเนื้ออ่อน
ที่มีพื้นฐานมาจาก DNA ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงรูปร่างเมื่อเวลาผ่านไปแต่คุณจะเชื่อฉันไหม ถ้าฉันบอกว่าความสามารถของ DNA ในการดัดแปลงสถาปัตยกรรมหมายความว่ามันทำตัวเหมือนสบู่ การเชื่อมโยงระหว่าง DNA และสบู่นั้นน่าประหลาดใจอย่างแน่นอน แต่ด้วยการรวมความรู้ของเราเกี่ยวกับฟิสิกส์
ของพอลิเมอร์และอณูชีววิทยา เราสามารถใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติที่เป็นสบู่นี้เพื่อสร้างวัสดุเนื้ออ่อนที่มีพื้นฐานจาก DNA ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงโทโพโลยีเมื่อเวลาผ่านไป และด้วยการปรับแต่งโทโพโลยี เราสามารถควบคุมคุณสมบัติทางกายภาพของพวกมันด้วยวิธีที่ไม่ธรรมดา
เรื่องหนอน
เพื่อทำความเข้าใจความเชื่อมโยงระหว่าง DNA และสบู่ ฉันควรชี้ให้เห็นว่าสบู่และแชมพูประกอบด้วยโมเลกุล “แอมฟิฟิลิก” ซึ่งส่วนหนึ่งชอบน้ำและอีกส่วนหนึ่งไม่ชอบน้ำ โมเลกุลเหล่านี้ไม่ได้อยู่โดดเดี่ยว แต่รวมตัวกันเพื่อสร้างโครงสร้างที่ใหญ่ขึ้นเรียกว่า “ไมเซลล์” ที่ความเข้มข้นต่ำ
พวกมันมักจะเป็นทรงกลม แต่ที่ความเข้มข้นสูง โมเลกุลสามารถเกาะกลุ่มกันเพื่อสร้างไมเซลล์ยาวคล้ายตัวหนอน โดยหันส่วนที่เกลียดน้ำของโมเลกุลเข้าไปด้านใน (รูปที่ 1 a )มีขนาดตั้งแต่นาโนเมตรถึงไมครอน วัตถุหลายโมเลกุลที่ยืดยาวเหล่านี้ทำสิ่งแปลกๆ ที่ความเข้มข้นสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง
เช่นเดียวกับ DNA พวกมันพันกัน เพิ่มแรงเสียดทานของของเหลวและทำให้เปลี่ยนรูปได้ยากขึ้น ในความเป็นจริงแล้ว การพันกันระหว่างไมเซลล์ที่มีลักษณะคล้ายหนอนคือสิ่งที่ทำให้สบู่ แชมพู ครีมทาหน้า หรือเจลแต่งผมของคุณมีความรู้สึกสบายมือและลื่นไหล ซึ่งเป็นเรื่องที่ควรคำนึงถึงในครั้งต่อไป
เช่นเดียวกับโพลิเมอร์ ปรากฎว่าไมเซลล์ที่มีลักษณะคล้ายหนอนสามารถแยกตัวออกจากกันได้ด้วยการเลื่อนออกจากกัน (รูปที่ 1 ข ) แต่พวกเขาก็มีตัวเลือกอื่นด้วย นั่นเป็นเพราะไมเซลล์ที่มีรูปร่างเหมือนหนอนมีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง: พวกมันแตกตัว หลอมรวม หรือเชื่อมต่อกับเพื่อนบ้านอีกครั้ง
ไม่มีไมเซลล์ใดที่เหมือนกัน ณ จุดใดจุดหนึ่งในช่วงเวลาใดจุดหนึ่ง (รูปที่ 1 ค ) คุณลักษณะที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลานี้สะท้อนแนวคิดของนักปรัชญากรีกที่ชื่อ ” ปันตาไร ” หรือ “ทุกสิ่งไหล” ได้อย่างยอดเยี่ยม (ซึ่งเป็นที่มาของคำว่า “รีโอโลยี” สำหรับการศึกษาการไหล) แท้จริงแล้ว ไมเซลล์เกือบจะดูเหมือนวัตถุเสมือนที่มีชีวิต ต้องขอบคุณความสามารถในการปรับเปลี่ยนสถาปัตยกรรม
แนะนำ ufaslot888g
