Выделяем ДНК банана в домашних условиях

    В анонсах мероприятий, которые проходят в Leader-ID, можно встретить неожиданные вещи. К примеру — мастер-класс по выделению молекул ДНК, для которого достаточно «оборудования» и «реагентов», которые есть на любой кухне. Этот эксперимент можно провести вместе с детьми — погрузить их, так сказать, в мир биологии и химии.

    В основе поста — рассказ Юлии Зайцевой, кандидата биологических наук факультета биологии и экологии Ярославского Демидовского университета (ЯрГУ). Если вам удобнее формат видео, оно тут.

    Прежде чем мы начнем смешивать ингредиенты, буквально несколько слов про ДНК, ее структуру и роль в биологических процессах. А еще о том, как так вышло, что эту молекулу можно наблюдать невооруженным глазом. Если вы все это знаете, переходите сразу к пошаговой инструкции.

    Структура ДНК

    С химической точки зрения дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК, — это длинная полимерная молекула, состоящая из блоков, нуклеотидов.

    Каждый нуклеотид включает:

    • остаток фосфорной кислоты,

    • сахар — дезоксирибозу,

    • и одно из четырех азотистых оснований.

    Эти блоки в ДНК повторяются.

    Азотистые основания — это гетероциклические органические соединения, производные пиримидина и пурина. В ДНК встречается четыре вида азотистых оснований. Для удобства их обозначают буквами:

    • аденин (А),

    • гуанин (Г),

    • тимин (Т),

    • цитозин (Ц).

    Азотистые основания разных нуклеотидов соединяются между собой водородными связями согласно принципу комплементарности. Аденин образует связь с тимином.

    А гуанин с цитозином.

    В итоге молекула ДНК состоит из двух цепей нуклеотидов, ориентированных азотистыми основаниями друг к другу.

    Такая двухцепочечная молекула закручена по винтовой линии. 

    Эту структуру ошибочно называют спиралью, но на самом деле это двойной винт.

    Роль молекулы ДНК

    С биологической точки зрения ДНК — макромолекула, которая обеспечивает хранение, передачу и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. 

    Биологическая информация в ДНК хранится в виде генетического кода, состоящего из последовательности четырех видов нуклеотидов. Так как различаются нуклеотиды только азотистыми основаниями, по основаниям их и называют:

    Размер молекулы ДНК

    Перейдем к математике — посчитаем длину человеческой ДНК.

    Общее число нуклеотидов в геноме человека — 3,2 миллиарда. Линейная длина одного нуклеотида — 0,34 нанометра. Перемножив эти показатели, получаем следующее:

    Что суммарная длина молекул ДНК в одной клетке — около двух метров (общая длина цепей в двухспиральной молекуле). При этом линейная длина самой клетки — всего 30 мкм. 

    А размер ее ядра, в котором располагается молекула ДНК, еще в несколько раз меньше.

    Как же два метра ДНК помещается в клетку, диаметр которой почти в 70 тысяч раз меньше?

    За это отвечает механизм особой укладки ДНК в клетке, который называется компактизация. ДНК, как нить, накручивается на катушку из специальных белков — гистонов. «Катушки» сближаются друг с другом, образуя структуру, напоминающую баранки на нитке. А потом эта «нитка с баранками-катушками» формирует сложные петли. 

    При такой укладке длина молекулы ДНК уменьшается в 100 тыс. раз
    При такой укладке длина молекулы ДНК уменьшается в 100 тыс. раз

    Если бы мы провели такую компактизацию в макромире, то смогли бы нитку длиной с Останкинскую башню (~500 метров) уложить в спичечный коробок.

    Длина молекул ДНК в теле человека

    В общей сложности в нашем теле ученые насчитывают около 70 триллионов клеток (своих и чужих — тут мы не забываем про микробиом). Наименьшая длина молекулы ДНК — 1,5 м.

    Если умножить ее на количество клеток, получится, что общая длина цепочек ДНК в организме человека — более 100 триллионов метров. Это грандиозная величина! Она чуть ли не в 1000 раз больше, чем расстояние от Земли до Солнца (150 млн километров).

    Пошаговая инструкция по выделению молекул ДНК

    Для эксперимента подойдет любой растительный материал. Проще работать с тем, что легче измельчить, например мякоть банана.

    Чтобы извлечь ДНК из ядра растительной клетки, нам потребуются:

    • ступка с пестиком, дома можно использовать блендер;

    • воронка;

    • стеклянная посуда: колба, стакан, пробирка — или любая другая прозрачная емкость, которая найдется на вашей кухне;

    • фильтровальная бумага или марля;

    • хлорид натрия (поваренная соль) — 1,5 г;

    • гидрокарбонат натрия (сода) — 5 г;

    • весы, позволяющие взвешивать от одного до нескольких грамм; в отсутствие весов для соли и соды можно использовать мерные ложки — здесь главное соблюсти пропорции ингредиентов;

    • детергент (лат. detergio — стираю) — это разновидность поверхностно-активного вещества, которое уменьшает поверхностное натяжение воды и способствует ее проникновению в поры и между волокнами; детергенты помогают отмывать что угодно от грязи; в домашних условиях в качестве детергента можно использовать мыло, средство для посуды или шампунь;

    • дистиллированная вода — 120 мл;

    • 95%-й этиловый спирт.

    Шаг 1. Готовим буферный раствор

    Буферными (англ. buff — смягчать удар) называют растворы с определенной устойчивой концентрацией водородных ионов. Проще говоря, pH такого раствора почти не меняется, даже если мы добавляем в него кислоту или щелочь. 

    Чтобы приготовить буферный раствор для нашего эксперимента, наливаем в колбу 120 мл дистиллированной воды и добавляем в нее 1,5 грамма хлорида натрия. В домашних условиях можно использовать поваренную соль, это, конечно, не химически чистый NaCl, но для нашей миссии подойдет.

    Далее взвешиваем и добавляем в раствор 5 грамм гидрокарбоната натрия (дома используем соду).

    Если дома не нашлось инструментов для взвешивания 1,5 г соли и 5 г соды, можно приготовить больший объем буферного раствора с сохранением пропорции ингредиентов. В этом случае для последующих шагов берем только часть раствора.

    После добавления перемешиваем содержимое колбы до полного растворения.

    Если у вас вдруг нет такой замечательной магнитной мешалки — воспользуйтесь ложкой (тут был подмигивающий смайл, но модератор его удалил)
    Если у вас вдруг нет такой замечательной магнитной мешалки — воспользуйтесь ложкой (тут был подмигивающий смайл, но модератор его удалил)

    Шаг 2. Смешиваем буферный раствор с детергентом

    В качестве детергента мы используем средство для мытья посуды. Нам будет вполне достаточно 50–60 мл. Добавляем его в буфер и перемешиваем полученную смесь в течение трех минут. 

    Шаг 3. Подготовка сырья для извлечения ДНК

    Мякоть банана тщательно измельчаем до однородного состояния. Дома это удобнее сделать блендером.

    Шаг 4. Разрушение клеточных стенок

    «Полученную кашицу…» В смысле, к полученной массе добавляем холодную смесь буферного раствора с детергентом.

    Тщательно перемешиваем.

    Детергент разрушает клеточные мембраны и мембраны ядер клеток. Таким образом, нити ДНК окажутся свободно плавающими.

    Шаг 5. Получение молекул в растворе

    Разрушив клеточные стенки, удаляем их: для этого фильтруем раствор в течение 10–15 минут при помощи воронки с фильтром. В нашем случае мы используем фильтровальную бумагу, но дома можно взять ткань или даже марлю.

    Шаг 6. Визуализация

    К полученному фильтрату по стенке сосуда под острым углом осторожно приливаем охлажденный в морозилке 95% этиловый спирт, чтобы он не перемешивался с содержимым. Добавляем сколько не жалко. Но в целом количества, равного половине имеющегося в колбе фильтрата, будет достаточно. 

    Предчувствуя вопрос из зала, скажу сразу — нет, водка тут не подойдет.

    И вот на границе раздела двух жидкостей мы наблюдаем, как постепенно появляются белые нити ДНК.

    Из всех клеточных компонентов только ДНК быстро выпадает в осадок в спирте, образуя видимые глазу белые нити. Все остальные компоненты остаются в водной фазе.

    Используя этот метод, можно выделить ДНК из любого растительного материала. На практике хорошие результаты получаются с луком, чесноком, бананами и томатами. В общем, дети будут довольны.

    Leader-ID
    Компания

    Комментарии 76

      +12
      Круто!
      А что с ними дальше делать? Как расшифровать геном? :)
        +12
        :) Расшифровку генома мы еще не придумали, как описать для кухни. Но, в принципе, если в шкафчике случайно завалялись меченые элементы, электроды и фоточувствительная пленка, тоже запросто можно в тазике.
          +3
          Воот меченные элементы.
          Насколько я помню, многие медецинские анализы основаны на том что некий кусок белка с определенной последовательностью прилипает к нашей ДНК и этот факт можно определить простыми способами вроде фотометрии.
          Может можно нечто похожее из доступного замутить? Пусть не совсем прям кухонным способом а с привлечением реактивов из магазина хим реактивов и аптеки.
            0
            а метод гель-электрофореза не получится сделать в домашних условиях, чтобы хотя бы подсчитать количество хромосом?
              0
              в принципе то можно и электрофорез в агарозном геле не дорогая штука, можно и дома сделать, но загрязнения замучают…
              +4
              Секвенатор на кухне? Это просто!
              habr.com/ru/post/405703
                +1
                Этот проект закрытый, схем/исходников/программ нет.
              +2
              А далее заряжаете образец в ДНК принтер и печатаете бананы :)
                0
                Секвенатор сейчас можно купить за тысячу долларов
                +5

                А каково днк на вкус? Может открыть новую эпоху в кулинарии — пудинг из днк банана! Делают же омлет из белков.

                  +14
                  Главное, самому не стать бананом, наевшись ДНК банана!
                    +1

                    чисто гипотетически, если съесть банан, запить нужным количеством буферного раствора и спирта, то, при наличии определённого вида вирусов в организме, они смогут выделенную в вас днк банана встроить в ваши клетки. :)

                      +1
                      Если съесть банан, то всё его ДНК растворится в кислоте желудка ))
                        0
                        вы думаете, здесь дураки сидят? полетите ночью!
                        чтобы до завершения процесса ДНК банана не попало в желудок, нужно встать с ног на голову ;)
                    +1

                    Соленая, но это может просто соль плохо вымывается. Свободные нуклеиновые кислоты пресно-маслянистые.

                      +1
                      Есть капли в нос «Деринат», и у них вкус ближе к солёному, но, возможно, это из-за того, что главный их ингредиент — не чистая ДНК, а натриевая соль.
                        –1
                        Нечто похожее где-то видел. Называли его молекулярная кухня. Хотя это немного из другой оперы.
                        +4
                        Добыть спирт в наше время уже довольно сложная задача…
                          0
                          Надо подумать чем заменить. Изопропиловый (есть в аптеках) имеет такую же плотность, но у него вязкость чуть выше. Может сработает…
                            +1
                            Да прям. Свободно по объявлениям покупается. Около полутора тысяч за 5 л. 95%.
                              +1
                              У нас за тыщу 5 л. Взял для спиртовки: для опытов и рыбалки))
                              0
                              Выгнать из водки? Или из аптечного 70% путем ректификации и возможно последующего осушения.
                                0
                                Вот! Попробуй его достань. Храню один аптечный пузырёк этанола как артефакт.
                                  +2
                                  Есть же статья с разбором методов дистилляции спирта: https://habr.com/ru/post/494284/
                                  +15

                                  Без редактирования ДНК и встраивании её в другие живые организмы статья выглядит не полно.
                                  Ждем 2-й и 3-части. "Редактирование ДНК на коленке" и "Скрещивание банана и голубя в домашних условиях"

                                    +16
                                    Не очень понятно, почему получившаяся нить может считаться ДНК. Если бы я был ребенком, то этот вывод эксперимента мне пришлось бы принять на веру. Хотя бы потому, что нити на фотке имеют разную толщину, как-то смешаны друг с другом. Оно понятно, почему.
                                    Но если бы эксперимент назывался «выделяем ЖПК нити из банана», то получившийся результат ровно так же пришлось принимать на веру, что есть какие-то ЖПК нити, которые можно выделить. Кстати, а с чего мы действительно взяли, что в банане нет каких-то длинных ЖПК молекул, которые так же в нити разворачиваются?

                                    А вопрос мой в следующем: можно ли провести какую-то реакцию с ДНК, чтобы доказать, что получившийся результат — именно ДНК? А то хрен знает, что там по итогу вышло. Может взрослые лапшу ребенку на уши вешают.
                                      0
                                      Преципитация, как в этой статье — и есть один из качественных методов проверки наличия ДНК в образце. Другие, более информативные методы обычно используют токсичные реактивы. Наверное можно придумать как-то в УФ детектировать, конечно, но это не тривиально, да и к уровню экспериментатору требования гораздо выше, не каждый взрослый сумеет имхо.
                                        +1
                                        Так моя претензия в том и заключается, что надо быть полностью уверенным, что есть ДНК, что оно будет таким методом выделено, поэтому когда получается что-то близкое ожидаемому, то оно и называется ДНК. Но нет ни одного доказательства того, что это ДНК. Куча же белков имеет аналогичную свернутую структуру и длинные молекулы, которые аналогично, наверное, могут быть развернуты в длинные нити.
                                          +1
                                          Эти условия и были специально подобраны, чтобы ДНК выпадала, а другие молекулы не выпадали, теми кто понимает как это работает и как это доказывается. Белки похожие на ДНК в бананах таки не очень аргумент. Я, честно не особо вижу смысла спорить с классическим экспериментом, который входит в образовательную программу. И как вы себе представляете доказательство присутствия чего бы то ни было, если достаточных знаний попросту нет? Сделаете вы, к примеру, электрофорез и все сомнения пропадут? Или нужно из днк получить банан обратно?
                                            +1
                                            Вы считаете, что в банане нет других белков? Чтобы белку быть длинной молекулой, имеющей несколько уровней свертки, ему не надо быть «похожим» на ДНК. Большинство белков именно такие.
                                            Что за условия, при которых ДНК выпадает, а другие белки (не молекулы, а именно белки) — выпадают?
                                              +2
                                              Начнем с того, что ДНК не белок.
                                                +2
                                                Я знаю. Я про то, что «длинным» может быть не только ДНК в банане.
                                                0
                                                Чтобы белку быть длинной молекулой, имеющей несколько уровней свертки, ему не надо быть «похожим» на ДНК. Большинство белков именно такие.
                                                Раз вы такое предполагаете, вам и доказывать. Если найдете в бананах такие белки, будет ну очень любопытно посмотреть. И про большинство белков (вообще) тоже очень интересно. А если подумать, насколько будут растворимы такие белки длинные и скрученные как ДНК, тооо?
                                                Что за условия, при которых ДНК выпадает, а другие белки (не молекулы, а именно белки) — выпадают?

                                                Определенный (заданный) pH буферного раствора и спирт? Никто не обещает исключительно чистой днк после одной очистки сразу из бананов, но преципитация иногда используется для очистки ДНК и в лабораториях. Можно несколько раз переосадить.
                                                Если смотреть ДНК или белок, то электрофорез пожалуй наиболее доступный метод, но не уверен насколько это просто дома.
                                                  +1
                                                  Ну еще, чтобы исключить белки, можно попробовать классическую биуретову реакцию, она тоже относительно простая и используются не очень опасные реагенты (все равно нужно делать со взрослыми, т.к. NaOH). Но такие «подтверждения», лучше делать на несколько раз почищенных образцах, имхо (я такого не делал, реакция может быть слишком чувствительная к пептидам, нужно тренироваться). На днк тоже есть качественные реакции, но используются токсичные реагенты, дома такое не нужно.
                                          +1
                                          Опыт, безусловно, интересный и очень наглядный. Но хочется спросить автора: вы уверены, что осадок не состоит в основном из белка? Конечно, с молекулярной точки зрения бумага — очень грубый фильтр, но, имея размер пор порядка 5-10 мкм, она свободно пропускает все компактные (глобулярные) молекулы, в т.ч. белки цитоплазмы, но задерживает длинные (фибриллярные), к которым как раз и относятся нити ДНК. Так что, ждём биохимический анализ полученного осадка!
                                            0
                                            несомненно белки туда попадут, особенно те что осадились вместе и на ДНК, но в этом опыте это ж не так важно, а кому важно может провести пурификацию, я думаю субтилизин, входящий в состав жидкостей для очистки контактных линз прекрасно с этим справится…
                                            С биохимическим анализом наверное будет сложнее… если центрифуу еще можно как-то придумать, то электрофорез в агарозном геле будет тяжело заменить, так что б результат хоть как-то был похож на правду
                                            0
                                            Было бы интересно отделив волокна растворить их, и посмотреть, как раствор вращает плоскость поляризации поляризованного света. Вроде как вращать должно сильно и в другую сторону, по сравнению с белками.
                                            Технология -
                                            +1
                                            А можно изопропиловый? У меня как раз пара литров абсолютированного завалялась (эхо пандемии).
                                              +2
                                              Должно быть еще лучше, по гуглу даже в неконцентрированном 35% изопропиловом спирте высаживается. Ниже, в видео, как раз холодный изопропиловый используется.
                                              +2

                                              У NileRed есть про выделение ДНК из клубники. Тоже с помощью подручных средств. Как я понимаю, принцип тот же.
                                              https://www.youtube.com/watch?v=araeHtN_3Lk

                                                0
                                                Прям пролог к
                                                lleo.me/arhive/fan2003/homka.shtml
                                                  +5

                                                  "В следующей серии мы займемся генной модификцией на кухне. А пока зайдите на блиажайший рынок, купите летучую мышь, панголина и еще немного 95% спирта"

                                                    +3

                                                    Уже можно, кстати и довольно давно и недорого. Продаются за 169 долларов всего наборы, позволяющие отредактировать геном бактерий методом CRISPR, после чего они начнут выживать в среде, в которой раньше не выживали. Ничего опасного — и тех, и других бактерий в природе полно и они не опасны. Но шарящие люди на основе подобных наборов делают нечто своё. Где-то на Youtube был исследователь, видимо, вполне уже неплохо подкованный в молекулярной биологии, использовал специальный биологический софт, выискивая векторы модификации. Что-то он там в собаках менял, желая их вылечить от типичных для породы болячек. По наследству не планировалось это передавать. Ещё было видео, где человек отредактировал себе геном, чтобы избавиться от непереносимости лактозы. Ну и прочих биохакеров хватает. Есть компании, где можно заказывать любые требуемые ДНК-последовательности и потом их встраивать куда надо через определённые бактерии, если не ошибаюсь. Процесс опасный развитием рака, сложный, требовательный к температуре и многим другим вещам, но не невозможный в домашних условиях.


                                                    А тут можно заказать набор для редактирования лягушек, чтобы они быстрее росли. 6 лягушек идут в комплекте.

                                                      0
                                                      с лягушками эксперимент не очень интересный, т.к там дают шприц с готовыми векторами, знай корми лягушек и сделай укол.
                                                      Никакого творчества как молбио не получите… Но вообще Джошуа интересный тип, раз магазин его все существует, значит он выжил после инъекции себе анти-миостатинового вектора и дела идут)
                                                      Кстати он начал продавать портативную УСбшную PCR машинку… можно тесты на ковид дома делать...))
                                                    0
                                                    Банан — это хорошо. А из человека как вынуть? Размельчить тоже? Или кровь подойдёт? Дома можно так же сделать?
                                                      0
                                                      Можно из человека — для этого берут мазок с внутренней стороны щеки. Но технология получения будет чуть другая, хотя и похожая.
                                                      +1
                                                      Кстати, а сколько сегодня стоит в розницу отсеквенировать весь человеческий геном?
                                                        +2
                                                        В черную пятницу видел предложения от Dante Labs в пределах 200$
                                                          0
                                                          А 30X coverage — это нормально или это компромис между ценой и качеством?
                                                        –19

                                                        А самое смешное, что ДНК в банане нет в принципе, и не может быть даже в теории.

                                                          +12
                                                          Ого! Это из разряда органик-продукты, не содержат химии и гмо?
                                                            +8
                                                            А можно немного пояснений? Как он (плод) тогда растёт и каким образом в нём делятся клетки? И как работают размешённые там семена?
                                                              +3
                                                              Почему? Поясните причину вашей убежденности в этом.
                                                                +2
                                                                В банане радиация же, а не днк, это все знают!
                                                                +1
                                                                и не может быть даже в теории.

                                                                интересно, какая такая теория?
                                                                +6
                                                                Обалдеть! Пошел рассказывать детям, что бананы не только можно есть, но из них можно извлечь ДНК.

                                                                P.S. Поговорил с детьми… боже мой как я отстал от жизни. Оказывается дети в 7 классе проходили подобного рода экперименты на уроке естествознания в американской школе.
                                                                  0
                                                                  Вот да… И в статье, и когда вживую это увидел на дне открытых дверей местного НИИ, было разочарование — ну выпали в осадок какие-то белые нити — и это все? И явно же на самом деле это все как-то по-другому делается, особенно редактирование…
                                                                    +2
                                                                    А что вы хотели увидеть-то? Я все никак не могу сообразить, что должно быть такого особенного? Ну выделили днк, ну нити, так это же и обещали, прямо в заголовке. В чем разочарование? Вещества частенько выглядят белыми и непримечательными, биомолекулы слипаются. Не светится и не взрывается? Так это же не фантастика и не конфетка от промдизайнеров, а реальность. Если нужна картинка и вау, то можно купить пиротехники или другой развлекательный товар.
                                                                      –1
                                                                      Например, информацию, в ней содержащуюся.
                                                                        +2
                                                                        Детьми в домашних условиях, солью, содой и спиртом без секвенатора?
                                                                        Извините, что утрирую, но просто на дельные опыты нужно больше времени и затрат. Где-то в комментах была ссылка на статью, где реверс-инжиниринг коммерческого секвенатора сделали, но ведь это не один год заняло… Ну или купить можно, но тогда уже проще и дешевле полногеномное секвенирование своего генома заказать.
                                                                    +3
                                                                    Яростно и неистово жду пост про сравнение двух ДНК в домашних условиях!
                                                                      +2

                                                                      Люк, я — твой отец!
                                                                      Ща проверим

                                                                        0
                                                                        >fc /b 1.dna 2.dna
                                                                        Сравнение файлов 1.dna и 2.DNA
                                                                        FC: 2.DNA длиннее, чем 1.dna
                                                                        –4
                                                                        Этот сгусток на КДПВ похож на то, когда я кончал в бассейне.
                                                                          0

                                                                          А что мы увидим, если эти нити выловить и поместить под хороший, но доступный в домашней лаюоратории, микроскоп?)

                                                                            0
                                                                            2021 год — люди могут добыть ДНК на кухне из подручных материалов… Киберпанк который мы заслужили! Статья очень увлекательная, спасибо!
                                                                              0
                                                                              Как практическое занятие по биологии для школьной программы, это очень хороший эксперимент.
                                                                                0
                                                                                Не думаю что у всех дома завалялся детергент, для таких экспериментов))
                                                                                  0
                                                                                  Спасибо за краткий курс химии и биологии)

                                                                                  Я этих слов со времен школьной скамьи не слышал
                                                                                    0
                                                                                    Все ингредиенты можно найти на кухне, кроме разве только этилового спирта 95%. Жаль водкой нельзя заменить)
                                                                                      0

                                                                                      Можно заменить изопропиловым, его легче достать.

                                                                                      0
                                                                                      Круто, но как потом расшифровать ДНК? Какое в этом практическое применение, помимо визуализации?
                                                                                        0
                                                                                        Простой и наглядный эксперимент. Отлично подойдет для проведения урока в школе или вузе. Я в вузе только титрованием на химии занимался.
                                                                                          0
                                                                                          Интересно, но как-то очень заморочно.
                                                                                            0
                                                                                            Не для всех возрастов конечно, но возьму на заметку, спасибо
                                                                                              –1
                                                                                              Все бы хорошо, но спирт 95 гр. на кухне где—то затерялся, найти, блин, не могу.

                                                                                              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                                              Самое читаемое