Inligting

Hoekom het bakterieë boodskapper-RNA nodig?

Hoekom het bakterieë boodskapper-RNA nodig?



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.

Hoekom het bakterieë mRNA nodig? Sweef die DNA nie vry sonder kernmembraan nie, so hoekom lees die tRNA nie die kode direk van die gesplete DNA-stringe af nie? (natuurlik nadat helicase hulle verdeel). Sou dit nie meer doeltreffend wees nie?


  1. Ribosome lees nie DNS nie.
  2. Transkripsie voeg verskeie lae reguleringstaktieke by: jy kan transkripsie self beheer, jy kan mRNA beheer.
  3. mRNA versterk genetiese inligting wat jy op die oomblik nodig het. Om baie kopieë van 'n matriks te hê, help regtig.
  4. Sommige prokariote het splitsing. Dit is nie 'n goeie idee om jou DNA te smeer nie.

EDIT volgens u versoek van 'n mate van uitbreiding.

Hoekom het hulle ontwikkel om RNA in die eerste plek te lees, aangesien hulle oorspronklik vir alle ander organismes is, hoekom het hulle dit ontwikkel

Die "RNA-wêreld"-hipotese (wat die mees realistiese vroeë lewensmodel is, met inagneming van die steeds groeiende hoeveelheid bewyse) postuleer dat RNA die belangrikste ding was lank voordat DNA in selle ingebring is. Die ribosoom (synde 'n RNA-ensiem wat geen proteïene benodig om aminosure saam te bind nie), saam met baie ander RNA-ensieme en reguleerders, word geglo dat dit 'n oorblyfsel van daardie wêreld is. Wiki het 'n goeie bladsy met al die verwysings wat jy dalk wil lees.

Ook, die regulering taktiek, is nie DNA vry swewend en so is al die replikasie ensieme soos Helicase, primase en RNA primer, ens. So hoe reguleer hulle die werking van hierdie ensieme as hulle net vry swewend?

Eerstens is dit 'n algemene wanopvatting dat prokariotiese selle blote sakke is wat met ensieme gevul is en wat ook al. Prokariote beskik oor hoogs ingewikkelde kompartementaliseringstelsels (sommige besit selfs kernagtige kompartemente). Tweedens, DNS is nie "vry swewend" nie: dit is geleë op 'n spesifieke plek met 'n spesiale molekulêre omgewing. As jy besonderhede wil hê, vra 'n aparte vraag, of beter 'n reeks vrae met 'n nou omvang, want bakteriese regulering is te divers, bisar en gesofistikeerd om hier te dek (ons het 'n 3 jaar lange kursus oor hierdie aangeleentheid gehad toe ek 'n student was ).

Kan jy 'n bietjie verduidelik hoe die ekstra kopie help, aangesien dit nie net meer data is om mee te hanteer nie?

Wanneer jy baie kopieë van 'n matriks het, kan baie ribosome 'n proteïen gelyktydig sintetiseer. Dit kom handig te pas wanneer jy tonne iets so vinnig as moontlik moet maak. Onthou, ribosome is redelik alomteenwoordig in alle aktiewe selle juis om hierdie rede: om vinnige proteïensintese te fasiliteer (ten minste wat kopiotrofiese organismes betref).

Wat presies bedoel jy met splicing?

Ek bedoel splitsing: 'n groep prosesse waardeur introne uit primêre transkripsieprodukte uitgesny word.


Merkwaardige RNA: Verhale van 'n genetiese boodskapper

RNA is veral bekend as 'n boodskapper wat genetiese inligting dra, maar hierdie veelsydige molekule is ook betrokke by baie ander noodsaaklike sellulêre funksies. Hier is 'n vinnige oorsig van die tipes RNA wat wetenskaplikes ontdek en meer oor leer met befondsing van die National Institutes of Health.

Die Vertalers

Hierdie RNA's is betrokke by die fundamentele proses van translasie, wanneer die inligting in ons gene gedekodeer word en gebruik word om proteïene te produseer.

Boodskapper-RNA, of mRNA, dra inligting wat in gene gehou word, oor na die ribosoom, waar sellulêre proteïene gemaak word. Elkeen van ons selle dra tienduisende verskillende mRNA's, wat aanleiding gee tot 'n wye verskeidenheid proteïene.

Ribosomale RNA, of rRNA, is 'n deel van die ribosoom wat 'n direkte rol speel in die koppeling van proteïenboublokke wat aminosure genoem word. Mense het vier soorte rRNA's.

Dra RNA, of tRNA oor, dekodeer die genetiese inligting wat in die mRNA gehou word en help om aminosure by 'n groeiende proteïenketting te voeg. Wetenskaplikes skat dat menslike selle meer as 500 verskillende tRNA's het.

Die Reguleerders

Ten spyte van hul klein grootte, het hierdie RNA's 'n groot impak op die beheer van die patrone van geenaktiwiteit in ons selle.

Klein interfererende RNA, of siRNA, is 'n stukkie RNA wat die sel van 'n indringende virus of ander bedreiging afsny en dan gebruik om die potensieel dodelike indringer op te soek en te vernietig. As gevolg van hul vermoë om spesifieke segmente van RNA te teiken en te inaktiveer, het siRNA's ook 'n kragtige navorsingsinstrument geword om meer te leer oor hoe gene funksioneer.

MicroRNA, of miRNA, is 'n klein stukkie sellulêre RNA wat proteïenproduksie reguleer deur aan mRNA te bind en sy vermoë om te funksioneer te blokkeer. Wetenskaplikes het honderde miRNAs in mense ontdek, en hulle skat dat miRNAs meer as die helfte van ons proteïenkoderende gene reguleer.

Piwi-interaksie RNA, of piRNA, is grootliks beperk tot eier- en spermselle, anders as siRNA en miRNA, wat in baie seltipes funksioneer. piRNA's help om die integriteit van die belangrike poel DNA wat na toekomstige geslagte oorgedra word, te verseker deur rondgaande genetiese elemente te blokkeer wat in gene kan spring en mutasies kan veroorsaak.

Lang ingrypende niekoderende RNA, of lincRNA, blyk te funksioneer as 'n steier vir die koördinering van die aktiwiteite van proteïene wat geenaktiwiteite reguleer. Meer as 8 000 lincRNA's word in menslike DNA gekodeer.

Die verwerkers

Baie RNA-molekules moet gesny, geplak, geknip of chemies aangepas word voordat hulle kan funksioneer. Hierdie RNA's is betrokke by die verwerking van ander tipes RNA, insluitend baie van die bogenoemde, in hul finale vorms.

Klein kern-RNA, of snRNA, span saam met 'n magdom proteïene om die spliceosoom te vorm, 'n kompleks wat vreemde segmente van mRNA uitknip om 'n ten volle funksionele molekule te maak wat dan vir 'n proteïen kan kodeer. Mense het vyf snRNA's, elk met sy eie rol in die proses.

Klein nukleolêre RNA, of snoRNA, identifiseer die rRNA-teikens vir die byvoeging van 'n chemiese groep of vir herrangskikking. Die modifikasies produseer 'n funksionele rRNA-molekule wat in die ribosoom werk.

M1 RNA help om tRNA's in bakterieë te knip sodat hierdie molekules genetiese inligting kan dekodeer. Die ontdekking daarvan het dit 'n &ldquocelebrity&rdquo in die RNA-wêreld gemaak omdat dit die eerste keer was dat navorsers bewyse gevind het dat RNA as 'n katalisator kan optree wat sellulêre funksies beheer en rig. Die wetenskaplike wat hierdie ontdekking gemaak het, Sidney Altman, het in 1989 'n Nobelprys gewen saam met Thomas Cech, wat onafhanklik bewyse vir katalitiese aktiwiteit in RNA ontbloot het toe hy 'n self-splysende RNA-molekule ontdek het.

Navorsing oor hierdie en ander RNA's het wetenskaplikes gelei tot 'n breër begrip van RNA se kritieke rol in baie belangrike sellulêre prosesse en van hoe gestremdhede in hierdie prosesse tot siekte kan lei. Wetenskaplikes gebruik ook RNA as 'n navorsingsinstrument en as die basis vir nuwe terapieë vir infeksies, kanker en ander toestande.


Ribonukleases - Deel B

Christian Heubeck, Astrid Schön, in Methods in Enzymology, 2001

I Inleiding

Ribonuklease P (RNase P, EC 3.1.26.5) is die endonuklease wat nodig is vir die generering van die volwasse 5'-kant van tRNA in alle organismes in bakterieë, dit is ook betrokke by rypwording van 4.5S RNA, oordrag-boodskapper RNA (tmRNA), en verskeie ander klein RNA's (vir resensies, sien bv. Verw. 1-3). Die ribonukleoproteïen-karakter van hierdie ensiem is nou bewys in die meeste organismes en organelle uitsonderings is egter steeds die chloroplaste, plantkerne en metazoïese mitochondria, waar geen geassosieerde RNA's tot op hede opgespoor is nie. In teenstelling met die bekende RNA-subeenhede, wat redelik goed bewaar is in grootte (ongeveer 400 nukleotiede) en struktuur onder diverse filogenetiese groepe, 4 is die proteïenbydrae tot die holoënsiem hoogs veranderlik in grootte en aantal van die individuele komponente. In bakterieë word 'n enkele klein, basiese proteïen van ongeveer 15 kDa met die RNA geassosieer, daarteenoor, die gismitochondriale ensiem bevat 'n groot (100-kDa) proteïensubeenheid, en die eukariotiese kernensieme bestaan ​​uit nege proteïene bykomend tot die noodsaaklike RNA. 5–7 Alhoewel alle fotosintetiese organelle filogeneties verwant is aan sianobakterieë, toon RNase P van verskillende tipes plastiede opvallende diversiteit: terwyl geen RNA-subeenheid in die chloroplastensiem van groen alge of hoër plante opgespoor kan word nie, kodeer die plastiede van sommige primitiewe alge vir 'n RNase P RNA van die sianobakteriese tipe. Die fotosintetiese organel (sianel) van die glaukosistofiet Cyanophora paradoxa kombineer eienskappe van vrylewende sianobakterieë en ware chloroplaste, wat dit 'n ideale modelstelsel maak om die evolusie, struktuur en funksie van RNase P vanaf plastiede te bestudeer. Hier beskryf ons die metodes wat gebruik word om hierdie organisme te kweek in hoeveelhede voldoende vir ensiemvoorbereiding die isolasie van die organellêre RNase P holoënsiem, opsporing van sy aktiwiteit, en ontleding van die RNase P RNA struktuur en die voorbereiding van RNA en proteïen komponente uit hierdie en verwante organismes vir gebruik in homoloë en heteroloë rekonstitusie-eksperimente.


RIBOSWITCHES: 'N SLIM MANIER OM MRNA TE REGULEER

RNA is in staat tot baie tipes biologiese aktiwiteite. Dit was die bepalende molekule tydens die begin van lewe, volgens die RNA-wêreld hipotese, 1 en ons genome bevat baie funksioneel belangrike oorblyfsels van hierdie verlede. Byvoorbeeld, ribosomale RNA (rRNA) maak 'n groot komponent van die ribosoom uit en is nodig vir katalise-oordrag RNA (tRNA) dra die aminosure wat in proteïensintese gebruik word. Sommige RNA's, bekend as ribosime, kataliseer selfs chemiese reaksies soos mRNA-splyting. Dit is duidelik dat RNA 'n diverse molekule is wat tot baie verskillende chemiese aktiwiteite in staat is. 1

Boodskapper RNA (mRNA) kopieer genetiese inligting van ons genomiese DNA deur die proses van transkripsie, en reis dan na die ribosoom, wat hierdie boodskap in 'n funksionele proteïen vertaal. Die reis van die kern na die ribosoom is egter nie 'n eenvoudige een nie. Uitdrukking van gene in selle moet noukeurig gemonitor word, en een van die maniere om dit te doen is om translasie van mRNA te reguleer, wat die tempo waarteen die mRNA sy boodskap oordra, beperk. Een besonder netjiese manier waarop mRNA dit doen, is om te gebruik ribosskakelaars.

PROTEÏENE LEI DIE WEG

Om die waarheid te sê, RNA en proteïene is redelik soortgelyk ten spyte van hul verskille in chemiese samestelling. Proteïene is lineêre molekules wat op hulself vou sodra hulle gesintetiseer is en hul vorm kan verander om meer aktief of minder aktief te wees. Hierdie vormwisselende eienskap laat proteïene toe om deur ander proteïene of klein molekule ligande gereguleer te word, sodra hulle bind en hul konformasie verander. 'n Voorbeeld hiervan is die lac onderdrukker proteïen, wat die lac operon in bakterieë reguleer. 2 Die lac-onderdrukker bind aan lac-operon-DNS, wat die transkripsie van gene wat kodeer vir laktosemetaboliese ensieme, voorkom. Wanneer laktose egter by hoë konsentrasies in die sel teenwoordig is, bind dit aan die lac-onderdrukker en verander die konformasie van die lac-onderdrukker sodat dit nie aan die lac-operon kan bind nie. Dit stel die transkripsie van die lac-gene vry, wat die sel toelaat om laktose te metaboliseer. 2 Kyk na hierdie video van Khan Academy as jy belangstel om meer oor hierdie proses te leer.

Daar is baie voorbeelde van proteïene wat deur klein molekules soos laktose gereguleer word, maar hulle reguleer nie net proteïene nie. Klein molekules kan ook op mRNA inwerk. Dikwels vou mRNA's hulself in 'n bal om deur die sitoplasma te beweeg. Wanneer hulle die ribosoom bereik, bind hulle daaraan en vertaling begin. Vir baie mRNA's vind hierdie volgorde van gebeure sonder 'n probleem plaas en die mRNA-boodskap word in 'n proteïen vertaal. Sekere mRNA-strukture binne die volgorde, genoem riboswitches, kan egter aan- of afgeskakel word deur die binding van klein molekules. Dit dien as 'n manier om die vertaling van hierdie mRNA te reguleer.

RIBOSIME DOEN DIT OOK

Kom ons kyk na 'n voorbeeld: bakterieë moet hul nikkel- en kobaltkonsentrasies reguleer. Bakterieë gebruik hierdie metale vir sommige van hul biologiese funksies, maar hoë konsentrasies daarvan is giftig 3 . Dit hou 'n belangrike regulatoriese uitdaging in - een wat bakterieë met riboswitches opgelos het. Bakterieë absorbeer kobalt en nikkel uit hul omgewing deur ioontransportproteïene wat in hul sellulêre membraan ingebed is. Interessant genoeg bevat die mRNA's wat vir hierdie vervoerproteïene kodeer, riboswitches. Wanneer nikkel en kobalt in die sel teenwoordig is, sal hulle aan hierdie riboswitches bind en hul vorm verander. In hierdie nuwe konformasie kan die riboswitch-draende mRNA's nie meer aan ribosome bind nie, en die vervoerproteïene word nie meer gemaak nie. Dit verhoed dat die bakterieë giftige hoeveelheid metaalione inneem! Aan die ander kant, as metaalkonsentrasies te laag in die sel is, sal die vervoer-mRNA's nie deur die metale gebind word nie en sal dit in meer vervoerproteïene vertaal word. Op hierdie manier kan die selle hul metaalioonkonsentrasies verhoog of verlaag soos nodig. 3

Selle gebruik ribosime soos hierdie om alle soorte molekules te reguleer. Daar is 'n verskeidenheid ribosime wat metale, aminosure, nukleotiedvoorlopers en proteïenkofaktore bind, waarvan die vlakke almal noukeurig deur selle gemonitor moet word. In hierdie gevalle dien mRNA as 'n biosensor, 'n molekule wat die vlakke van ander belangrike molekules kan opspoor. In die voorbeeld wat ek beskryf het, het die riboswitch verhoed dat die mRNA 'n ribosoom bind, maar daar is baie ander maniere waarop riboswitch regulering moontlik maak. Byvoorbeeld, riboswitches kan inmeng met transkripsie, of rig hoe die primêre transkripsie splits. Aangesien hierdie mRNA's kodeer vir die proteïene wat die molekules gebruik wat hulle reguleer, skep riboswitches 'n eenvoudige en elegante metode van regulering.

AFSLUITING

Soos ons geleer het, kan mRNA veel meer wees as net 'n boodskapper tussen gene en ribosome. Baie mRNA's speel 'n aktiewe rol in die waarneming en regulering van die verskillende molekules wat selle nodig het om te oorleef. RNA is duidelik in staat tot baie meer aksies as wat ons aanvanklik gedink het, en dit is belangrik om in gedagte te hou terwyl ons voortgaan om dit te bestudeer.


14.1: Inleiding

  • Bygedra deur Gerald Bergtrom
  • Emeritusprofessor (Biowetenskappe) aan die Universiteit van Wisconsin-Milwaukee

Transkripsie, die sintese van RNA gebaseer op 'n DNA-sjabloon, is die sentrale stap van die Sentrale Dogma wat deur Crick in 1958 voorgestel is. Die basiese stappe van transkripsie is dieselfde as vir replikasie: inisiëring, verlenging en beëindiging. Verskille tussen transkripsie in prokariote en eukariote is in die besonderhede.

  • E coli gebruik 'n enkele RNA polimerase ensiem om alle soorte RNA's te transkribeer terwyl eukariotiese selle verskillende RNA-polimerases gebruik om te kataliseer ribosomale RNA (rRNA), oordrag RNA (tRNA) en boodskapper RNA (mRNA) sintese.
  • In teenstelling met eukariote, is sommige bakteriese gene deel van operone wie se mRNA's vir veelvuldige polipeptiede kodeer.
  • Bakteriese mRNA's word tipies vertaal soos dit getranskribeer word.
  • Die meeste RNA-transkripsies in prokariote kom uit transkripsie wat gereed is om te gebruik
  • Eukariotiese transkripsies gesintetiseer soos langer voorlopers ondergaan verwerking deur snoei, splitsing, of albei!
  • DNS in bakterieë is feitlik &lsquonaked&rsquo in die sitoplasma terwyl eukariotiese DNA in chromatienproteïene in 'n kern toegedraai is.
  • In bakteriese selle kan die assosiasie van ribosome met mRNA en die translasie van 'n polipeptied begin selfs voordat die transkripsie voltooi is. Dit is omdat hierdie selle geen kern het nie. In ons selle moet RNA's die kern verlaat voordat hulle teëkom ribosome in die sitoplasma.

In hierdie hoofstuk sal jy bakterieë ontmoet polisistronies mRNA's (transkripsies van operone wat meer as een polipeptied kodeer) en die gene verdeel van eukariote (met hul introne en eksons). Ons sal kyk na 'n paar besonderhede van transkripsie van die drie hoofklasse RNA en dan na hoe eukariote voorlopertranskripsies verwerk tot volwasse, funksionele RNA's. Langs die pad sal ons een voorbeeld sien van hoe proteïenstruktuur ontwikkel het om met DNA in wisselwerking te tree.

1. Onderskei tussen die drie stappe van transkripsie in pro- en eukariote, en die faktore betrokke by elkeen.

2. Noem 'n hipotese waarom eukariote kompleks ontwikkel het RNA verwerking stappe.

3. Spekuleer oor hoekom enige sel by sy volle verstand gene bevat introne en eksons sodat hul transkripsies verwerk sal moet word deur splitsing.

4. Verwoord die verskille tussen RNA vs. DNA-struktuur.

5. Verduidelik die behoefte aan sigma faktore in bakterieë.

6. Spekuleer oor waarom eukariote nie operone het nie.

7. Lys strukturele kenmerke van proteïene wat bind en herken spesifieke DNS-volgordes.

8. Verduidelik hoe proteïene dit Moenie spesifieke DNA-volgordes bind kan bind steeds aan spesifieke streke van die genoom.

9. Formuleer 'n hipotese oor hoekom bakterieë nie hul mRNA's so veel as eukariote podiadenileer nie.


10.1: Inleiding

  • Bygedra deur Gerald Bergtrom
  • Emeritusprofessor (Biowetenskappe) aan die Universiteit van Wisconsin-Milwaukee

Transkripsie, die sintese van RNA gebaseer op 'n DNA-sjabloon, is die sentrale stap van die Sentrale Dogma wat deur Crick in 1958 voorgestel is. Die basiese stappe van transkripsie is dieselfde as vir replikasie: inisiëring, verlenging en beëindiging. Verskille tussen transkripsie in prokariote en eukariote is in die besonderhede.

  • E coli gebruik 'n enkele RNA polimerase ensiem om alle soorte RNA's te transkribeer terwyl eukariotiese selle verskillende RNA-polimerases gebruik om te kataliseer ribosomale RNA (rRNA), oordrag RNA (tRNA) en boodskapper RNA (mRNA) sintese.
  • In teenstelling met eukariote, is sommige bakteriese gene deel van operone wie se mRNA's vir veelvuldige polipeptiede kodeer.
  • Bakteriese mRNA's word tipies vertaal soos dit getranskribeer word.
  • Die meeste RNA-transkripsies in prokariote kom uit transkripsie wat gereed is om te gebruik
  • Eukariotiese transkripsies gesintetiseer soos langer voorlopers ondergaan verwerking deur snoei, splitsing, of albei!
  • DNA in bakterieë is feitlik &lsquonaked&rsquo in die sitoplasma terwyl eukariotiese DNA in chromatienproteïene in 'n kern toegedraai is.
  • In bakteriese selle kan die assosiasie van ribosome met mRNA en die translasie van 'n polipeptied begin selfs voordat die transkripsie voltooi is. Dit is omdat hierdie selle geen kern het nie. In ons selle moet RNA's die kern verlaat voordat hulle teëkom ribosome in die sitoplasma.

In hierdie hoofstuk sal jy bakterieë ontmoet polisistronies mRNA's (transkripsies van operone wat meer as een polipeptied kodeer) en die verdeel gene van eukariote (met hul introne en eksons). Ons sal kyk na 'n paar besonderhede van transkripsie van die drie hoofklasse RNA en dan na hoe eukariote voorlopertranskripsies verwerk tot volwasse, funksionele RNA's. Langs die pad sal ons een voorbeeld sien van hoe proteïenstruktuur ontwikkel het om met DNA in wisselwerking te tree.

1. Onderskei tussen die drie stappe van transkripsie in pro- en eukariote, en die faktore betrokke by elkeen.

2. Noem 'n hipotese waarom eukariote kompleks ontwikkel het RNA verwerking stappe.

3. Spekuleer oor hoekom enige sel by sy volle verstand gene bevat introne en eksons sodat hul transkripsies verwerk sal moet word deur splitsing.

4. Verwoord die verskille tussen RNA vs. DNA-struktuur.

5. Verduidelik die behoefte aan sigma faktore in bakterieë.

6. Spekuleer oor waarom eukariote nie operone het nie.

7. Lys strukturele kenmerke van proteïene wat bind en herken spesifieke DNS-volgordes.

8. Verduidelik hoe proteïene dit Moenie spesifieke DNA-volgordes bind kan bind steeds aan spesifieke streke van die genoom.

9. Formuleer 'n hipotese oor hoekom bakterieë nie hul mRNA's so veel as eukariote podiadenileer nie.


Prokariotiese transkripsie en vertaling word gekoppel

Prokariotiese transkripsie vind plaas in die sitoplasma langs translasie en kan gelyktydig plaasvind.

Leerdoelwitte

Beskryf die gebeure van prokariotiese transkripsie-inisiasie

Sleutel wegneemetes

Kern punte

  • In prokariote is genetiese materiaal nie in 'n membraan-omhulde kern ingesluit nie en het toegang tot ribosome in die sitoplasma.
  • Dit is bekend dat transkripsie deur 'n verskeidenheid reguleerders in prokariote beheer word. Baie van hierdie transkripsiefaktore is homodimere wat heliks-draai-heliks DNA-bindende motiewe bevat.
  • Bykomende transkripsieregulering kom van transkripsiefaktore wat die stabiliteit van die holoënsiemstruktuur by aanvang kan beïnvloed.

Sleutel terme

Oorsig van Prokariotiese Transkripsie

Prokariotiese transkripsie is die proses waarin boodskapper-RNA-transkripsies van genetiese materiaal in prokariote geproduseer word, om vertaal te word vir die produksie van proteïene. Prokariotiese transkripsie vind plaas in die sitoplasma saam met translasie. Prokariotiese transkripsie en translasie kan gelyktydig plaasvind. Dit is onmoontlik in eukariote, waar transkripsie in 'n membraangebonde kern plaasvind terwyl translasie buite die kern in die sitoplasma plaasvind. In prokariote is genetiese materiaal nie in 'n membraan-omhulde kern ingesluit nie en het toegang tot ribosome in die sitoplasma.

Proteïensintese: 'n Oorsig van proteïensintese.Binne die kern van die sel (ligblou) word gene (DNA, donkerblou) na RNA getranskribeer. Hierdie RNA is dan onderhewig aan post-transkripsionele modifikasie en beheer, wat lei tot 'n volwasse mRNA (rooi) wat dan uit die kern en in die sitoplasma (perske) vervoer word, waar dit translasie in 'n proteïen ondergaan. mRNA word vertaal deur ribosome (pers) wat die drie-basis kodons van die mRNA pas by die drie-basis anti-kodons van die toepaslike tRNA. Nuut gesintetiseerde proteïene (swart) word dikwels verder gemodifiseer, soos deur te bind aan 'n effektormolekule (oranje), om ten volle aktief te word.

Transkripsie word beheer deur 'n verskeidenheid reguleerders in prokariote. Baie van hierdie transkripsiefaktore is homodimere wat heliks-draai-heliks DNA-bindende motiewe bevat.

Stappe van transkripsie-inisiasie

Die volgende stappe vind plaas, in volgorde, vir die aanvang van transkripsie:

  • RNA-polimerase (RNAP) bind aan een van verskeie spesifisiteitsfaktore, σ, om 'n holoënsiem te vorm. In hierdie vorm kan dit spesifieke promotorstreke in die DNA herken en daaraan bind. Die -35 streek en die -10 (“Pribnow box”) streek bestaan ​​uit die basiese prokariotiese promotor, en |T| staan ​​vir die terminator.
  • Die DNA op die sjabloonstring tussen die +1-plek en die terminator word in RNA getranskribeer, wat dan in proteïen vertaal word. Op hierdie stadium is die DNS dubbelstrengs (“geslote”). Daar word na hierdie holoënsiem/wond-DNA-struktuur verwys as die geslote kompleks.
  • Die DNA word afgewikkel en word enkelstrengs (“oop”) in die omgewing van die inisiasieplek (gedefinieer as +1). Hierdie holoënsiem/ontwikkelde-DNS-struktuur word die oop kompleks genoem.
  • Die RNA-polimerase transkribeer die DNA (die beta-subeenheid begin die sintese), maar produseer ongeveer 10 abortiewe (kort, nie-produktiewe) transkripsies wat nie die RNA-polimerase kan verlaat nie omdat die uitgangskanaal deur die σ-faktor geblokkeer word. Die σ -faktor dissosieer uiteindelik van die holoënsiem, en verlenging gaan voort.

Bykomende transkripsiefaktore

Promotors kan verskil in “sterkte”, dit wil sê hoe aktief hulle transkripsie van hul aangrensende DNS-volgorde bevorder. Promotorsterkte is in baie (maar nie alle nie) gevalle 'n kwessie van hoe styf RNA-polimerase en sy geassosieerde bykomstige proteïene aan hul onderskeie DNA-volgordes bind. Hoe meer die rye ooreenstem met 'n konsensusvolgorde, hoe sterker is die binding.

Bykomende transkripsieregulering kom van transkripsiefaktore wat die stabiliteit van die holoënsiemstruktuur by aanvang kan beïnvloed. Die meeste transkripsies ontstaan ​​deur gebruik te maak van adenosien-5′-trifosfaat (ATP) en, tot 'n mindere mate, guanosien-5′-trifosfaat (GTP) (puriennukleosiedtrifosfate) by die +1-perseel. Uridien-5′-trifosfaat (UTP) en sitidien-5′-trifosfaat (CTP) (pirimidien-nukleosiedtrifosfate) word by die aanvangsplek benadeel.

Twee beëindigingsmeganismes is welbekend: Intrinsiek beëindiging (ook genoem Rho-onafhanklike transkripsieterminasie) behels terminatorvolgorde binne die RNA wat die RNA-polimerase sein om te stop. Die terminatorvolgorde is gewoonlik 'n palindromiese volgorde wat 'n stamlus-haarnaaldstruktuur vorm wat lei tot die dissosiasie van die RNAP van die DNA-sjabloon. Rho-afhanklike beëindiging gebruik 'n terminasiefaktor genaamd ρ faktor (rho faktor) wat 'n proteïen is om RNA-sintese by spesifieke plekke te stop. Hierdie proteïen bind by 'n rho-gebruiksplek op die ontluikende RNA-string en loop langs die mRNA na die RNAP. 'n Stamlusstruktuur stroomop van die terminatorgebied onderbreek die RNAP, wanneer ρ-faktor die RNAP bereik, veroorsaak dit dat RNAP van die DNA dissosieer, wat transkripsie beëindig.


Lesing 33: Bakterieë en Antibiotiese Weerstand

Professor Imperiali gaan deur die meganismes van hoe bakterieë weerstand teen antibiotika ontwikkel. Hierna stel sy virusse bekend en bespreek sommige van hul kenmerke.

Instrukteur: Barbara Imperiali

Lesing 1: Welkom Inleiding.

Lesing 2: Chemiese binding.

Lesing 3: Strukture van Am.

Lesing 4: Ensieme en Meta.

Lesing 5: Koolhidrate an.

Lesing 9: Chromatin Remode.

Lesing 11: Cells, The Simpl.

Lesing 16: Rekombinante DNA.

Lesing 17: Genome en DNA.

Lesing 18: SNP's en Human .

Lesing 19: Selhandel.

Lesing 20: Selseine .

Lesing 21: Selseine .

Lesing 22: Neurone, Aksie.

Lesing 23: Selsiklus en .

Lesing 24: Stamselle, Apo.

Lesing 27: Visualisering van Lif.

Lesing 28: Visualisering van Lif.

Lesing 29: Selbeelding Te.

Lesing 32: Aansteeklike siekte.

Lesing 33: Bakterieë en An.

Lesing 34: Virusse en Mier.

Lesing 35: Reproduktiewe Cl.

BARBARA IMPERIALI: OK, ek wil ons deur 'n bietjie van 'n oefening lei om te verstaan ​​wat gebeur wanneer mense weerstandig word teen 'n antibiotika. Wat is die molekulêre basis vir weerstand? Dit is niks magies nie. Dit is regtig dinge wat jy kan verstaan ​​op grond van wat jy tydens verskeie dele van die kursus geleer het. Maar ek wil jou net herinner aan hierdie verskriklike skema hier, wat wys hoe vinnig weerstand teen verskillende antibiotika na vore kom deur jou die jaar te wys wat die middels bekendgestel word en die jaar wat weerstande ontwikkel.

Een van die nuutste antibiotika wat bekendgestel is - mense het gedink, o, dit is 'n ander meganisme van werking. Dit moet redelik veerkragtig wees. Dit behoort vir 'n rukkie te hou. Dit behoort nuttig te wees met daptomisien. Dit is 'n sikliese peptied-antibiotikum, wat 'n spesifieke struktuur het wat nie soos baie van die ander lyk nie. En eerlikwaar, dit was twee tot drie jaar voordat weerstand na vore gekom het. Wat ek dus wil doen, is om saam te dink oor die maniere waarop 'n bakterie kan ontwikkel om weerstand teen 'n antibiotika te ontwikkel?

So hier het ons die teiken. Ons weet dat die antibiotika baie effektief teen die teiken is. Watter tipe dinge kan in die bakterie gebeur om dit te laat regkry om net die antibiotika te ignoreer en die antibiotika te weerstaan? Enige voorstelle? Dit is dus baie eenvoudig. Daar is 'n molekulêre teiken. Dit kan topoisomerase wees. Dit kan in werklikheid die ribosoom en die masjinerie vir die sintetisering van proteïene wees. Dit kan die masjinerie wees wat peptidoglikaan kruisbind. Watter soort benaderings en watter soort strategieë kan ontwikkel om daardie antibiotika te laat ophou werk? OK, vuur. Ja.

GEHOOR: Wanneer twee waterstofhoudende ensieme by-- dinge skep wat nie [ONHOORBAAR] absorberend is nie.

BARBARA IMPERIALI: OK, reg. So antibiotika kom in. Die ensiem breek die antibiotikum op, so evolusie om die antibiotika te vernietig. En dit is baie wat gebeur met penisillien. Die sleutelaspek van die struktuur wat so nuttig is, word skielik ongeldig deur 'n agteruitgang van die beta-laktambinding. So dit is een van hulle. Wat is volgende? Ja.

BARBARA IMPERIALI: Ag, so miskien kan daar opname verminder word, so dit is nogal moeilik, maar daar kan 'n mate van evolusie van die selwand wees om dit minder deurlaatbaar vir die antibiotika te maak, want ons maak gewoonlik op antibiotika staat om passief in te diffundeer. So as die membraan - dit kan in 'n membraan van 'n Gram-negatiewe bakterie wees, of die buitenste membraan van 'n Gram-negatiewe bakterie wat 'n effens ander samestelling het, kan fisies sy struktuur verander. Dit is moeilike dinge om tegelyk te ontwikkel, maar dit is beslis 'n moontlikheid. Ons het gepraat oor opname. Wat van—wat anders kan gebeur? Ja.

GEHOOR: Wanneer jy 'n [ONHOORBAAR] uitkry, sodanig dat hulle suurstof [ONHOORBAAR] het.

BARBARA IMPERIALI: OK. So hierdie ou kan net - ons het gewoonlik 'n sirkelvormige antibiotika, maar dit verander net - die teiken verander net. Dit kan nie meer bind nie, deur mutasie, sodat die antibiotika eenvoudig nie bind nie. Dit kom in, maar dit is verander, en dit gebeur baie.

Dit gebeur ook baie-- mens kan dink aan antibiotika weerstandigheid baie langs dieselfde are as wat mens dink aan weerstand teen chemoterapeutiese middels. Jy teiken 'n kinase. Jou dwelm werk uitstekend. 'n Jaar later kom die kanker terug omdat daar 'n enkele mutasie in jou teiken is. Dit gebeur baie met die EGF, kinase, RAS's ensovoorts. Daar is 'n dramatiese verandering. Hierdie verandering sou dus 'n verandering in die teiken wees. Jy het twee dinge genoem, reg? Ek dink. Miskien nie.

GEHOOR: Wel, soos ek gesê het, daar was 'n paar daarvoor [onhoorbaar].

BARBARA IMPERIALI: Ag. Op die oppervlak.

GEHOOR: 'n Paar dae gaan jy terug, so.

BARBARA IMPERIALI: OK, so daar kan 'n soort invoerstrategie wees. So sommige antibiotika diffundeer net. Sommige gaan in deur geteikende invoer, en dit kan verander sodat die antibiotika nie meer kan inkom nie. Ander gedagtes? Daar is 'n paar ander skelm maniere. Ek bedoel, jy moet soort van hierdie bakterieë krediet gee vir maksimum sneakiness.

So as instroming 'n probleem is, wat van uitvloei? Die grootste probleem met antibiotika teen Gram-negatiewe is dat hulle uitvloeipompe op 'n manier opreguleer. Hulle bedek net, soos, hul selle met pompe wat net gaan, jy gaan vir my 'n antibiotika gee? Ek gaan dit net reguit terug na jou toe uitlewer. Dus neem die uitvloeipompe toe. So hul molekules, ons het baie uitvloeipompe om net dinge uit te skop wat nie-- wat ons nie in ons selle wil hê nie.

Die bakterieë het soortgelyke dinge. Hulle sal-- hulle is redelik promisku, voer pompe uit wat sal bind aan dinge wat nie lyk soos dinge wat in 'n sel behoort te wees nie, en letterlik aan die binnekant van die membraan aan hulle bind, [MAAK SPRUITKLANK] stuur hulle terug na die buitekant van die membraan.

Gram-negatiewe bakterieë kan dus die produksie van 'n pomp wat hulle reeds het massief opreguleer, maar hulle maak net baie meer daarvan. So in baie gevalle kan jy skaars 'n nuwe verbinding toets, want dit word so vinnig uitgepomp as wat dit ingepomp word.

Wat kan 'n strategie wees wanneer dit gebeur? Omdat mense dit doen. Jy inhibeer die pomp. So jy maak jou antibiotika-- dit werk wonderlik, maar jy stop die pomp werk. So jy moet twee middels gee, die middel wat die antibiotika is aan die teiken en die middel wat die pomp inhibeer, en dit gebeur.

Net so, met hierdie meganisme, waar die antibiotika vernietig word, kan jy hiervan herstel deur die vernietigende ensiem te inhibeer, en dan word jou antibiotika nie vernietig wanneer dit in die selle kom nie. Daar is dus een uiters belangrike formulering van antibiotika wat gebruik word. Dit word Augmentin genoem.

En wat dit is, is 'n penisillien plus 'n beta-laktamase inhibeerder. Dit is die middel wat werk plus 'n middel wat die ensiem inhibeer wat die middel vernietig. Mense kry dit heeltyd. Elke dag van die week word hierdie goed voorgeskryf. Dit is 'n twee-verbinding-skemerkelkie wat iets het om die weerstand te oorkom sodat jou dwelm steeds in 'n sel werk. Goed?

En daar is nog 'n sleutelmeganisme, en wat bakterieë net sal doen, is dat hulle sê, wel, jy weet, ek word gedoseer met soveel antibiotika. Wat 'n goeie manier om dit is, is om die biosintese van die teiken massief op te reguleer tot 'n toestand waar jy dit net nie alles kan versadig nie. So opregulering van die teiken is 'n baie, baie algemene ding. So jy-- dit moes net die aantal transkripsies wat gemaak word vermeerder het. Jy verhoog die hoeveelheid teiken wat gemaak word sodat, selfs as antibiotika in selle instroom, daar net nie genoeg is om al die teiken te inhibeer nie, want dit is 10- of 100-voudig opgereguleer.

So wat ek dink is cool oor al hierdie meganismes is hulle almal maak sin. Jy moet net soort van aan hulle dink - moet ek keer dat die dwelm inkom? Moet ek keer dat dit uitgepomp word? Moet ek keer dat dit verneder word? Maak ek meer teiken? Al hierdie dinge is baie lewensvatbaar, en dit is strategieë wat redelik algemeen gebruik word.

So baie algemeen, beide in bakterieë en virusse, gee ons selde een verbinding. Ons gee gewoonlik verskeie verbindings om soort van verskeie teikens te tref, want as jy 'n twee-dwelm-skemerkelkie aan 'n bakterie gee, maar jy het geweet daar gaan opregulering van 'n teiken wees, kan jy hoop dat die ander ensiem steeds 'n teiken is. So jy gee cocktails van dwelms, in teenstelling met enkele dwelms.

En jy gaan dit baie relevant sien wanneer ons oor die MIV-virus praat, want dit was net dat MIV-- MIV-VIGS 'n behandelbare toestand geword het as gevolg van dwelm-cocktails, nie as gevolg van enkelvoudige middels wat een stap inhibeer nie. En jy sal dit baie, baie algemeen daar sien. Enige vrae oor hierdie goed? OK.

So ons gaan oor na virusse. En so ek sal eintlik die skyfies wat op die web is opdateer om vir jou hierdie stel inligting te gee sodat jy dit op een plek kan sien. OK, virusse. Virusse is fassinerende organismes. Hulle het nie die reg om te lewe nie, want hulle het nie die masjinerie om te lewe nie, maar hulle ontgin die gasheer se meganismes om hul lewensvatbaarheid te voltooi. So virusse, min of meer, ek dink ons ​​hou daarvan om aan hulle te dink as 'n geleende lewe. En hulle oorleef net as hulle 'n tydjie in 'n gasheersel deurgebring het.

So ons sal sien met virusse, sommige virusse teiken spesifiek mense. Ander virusse kan tyd in verskillende organismes deurbring, en dan mense teiken, en tussen verskillende organismes rondgedra word. Maar die belangrikste ding is dat virusse eers werklik kan repliseer sodra hulle binne 'n gasheersel is, want hulle ontgin basies al die gasheersel se masjinerie om dit te doen.

Virusse maak dus nie baie van hul eie ensieme nie. Hulle het nie hul eie aminosuurvoorrade of al die metaboliese ensieme wat nodig is vir die lewe nie, al die replikasie, transkripsie, vertaalmasjinerie. Hulle leen net die gasheer se masjinerie, maar daar is soms individuele komponente wat die virus sal saambring om sekere dinge te dek wat nie deur die gashere verskaf word nie.

Maar virale genome is klein. Hulle kan dalk agt gene bevat. Sommige van hulle is baie-- is groter, maar hulle is baie, baie klein genome. Hulle is baie, wat ons noem, spaarsamige genome, so daar is gene wat oorvleuel, sodat jy die genoom klein kan hou deur die grootte van die genoom te verdig.

En dan is daar groter virusse. Sommige van die grootste virusse benader die groottes van bakterieë, soos die mimivirusse, en hulle was dalk 'n tussenstap van virus na meer uitgebreide organismes. En daardie virusse het 'n bietjie meer masjinerie binne hul kontekste.

Mense - natuurlik is daar geen fossielrekord vir virusse nie. Dit is nie asof ons kan gaan, jy weet, gaan verken en 'n fossielrekord vind nie. Maar waar hierdie virusse gevind word, is in die permafrost, so hulle is gevries. Hulle is al eeue lank daar gevries. So mense vind regtig soort van eng dinge in die Siberiese permafrost omdat die virusse daar bewaar word. En sommige van hierdie reuse-virusse word op daardie plekke ontdek.

En as dit nie die onderwerp vir wonderlike sci-fi boeke is nie, weet ek nie wat is nie, want daar is-- en ek is geneig om daardie dinge te lees omdat my gunsteling ding is om foute daarin te vind. So daar is baie daar buite oor daardie soort dinge.

So laat ek jou net 'n klein bietjie wys oor - jy weet, dit is daardie vervelige ou " leer genetika" ding reg van die begin af, maar waarna ek jou wil terugneem, is groottes. So ons weet al hierdie goed. Ons het dit tot die dood geleer, hemoglobien, teenliggaampies en ribosoom. Maar wat ek regtig wil uitwys op hierdie skyfie is dat die kleinste virusse, soos die rhinovirus-- dit is die gewone verkoue-- of die hepatitis-virus is skaars enige groter as die ribosoom.

So natuurlik is daar nie veel in die virus nie, maar al die komponente van die virus het ontwikkel om hulle in staat te stel om skelm in gasheerselle te kom, die gasheerselmasjinerie te ontgin, en dan binne-in gasheersel te repliseer, en dan uit die gasheersel te kom. en gereed om 'n ander gasheersel te besmet.

So ek wil hê jy moet hierdie groottes regtig raaksien. Die rhinovirus is dus soortgelyk aan 'n ribosoom, maar sommige virusse, waaroor ons sal praat, die griepvirus en die MIV-virus is 'n bietjie groter, maar nie een van hulle kompeteer tot die grootte van 'n bakterie nie. En net om jou in daardie modus te kry, daar is die bakterieë, en daar is die mitochondria, en onthou endosimbiotiese teorie, bakterieë, soortgelyk aan mitochondria, en baie, baie groter as enige tipiese virus.

Maar reuse-virusse benader sommige van hierdie groter groottes. Hulle is heeltemal 'n ander balspel. En ons sal nie oor hulle praat nie, behalwe dat hulle regtig cool is, en hulle in die permafrost is.

Goed, so nog 'n indrukwekkende ding oor virusse, soos hulle lyk - sommige van hulle hou hiervan. Faag, 'n bakteriese virus, hulle lyk soos dinge, maanlanders, byvoorbeeld, of soort van ander soorte dinge. Sommige van hulle is lineêr. Sommige van hulle is verskillende soorte vorms. Baie virusse is icosahedra. Ons sal binne 'n oomblik daaroor praat.

Maar die feiteblad oor virusse is eerstens groottes.En die tipiese virale grootte, as daar iets tipies is, brei uit van 20 tot 400 nanometer in deursnee. So onthou, die ribosoom sit reg aan hierdie kant met betrekking tot grootte, maar bakterieë - o, geel, ek kan nie 'n geel lesing hier doen nie - onthou, is 1 tot 10 mikrometer lank, afhangend van watter dimensie jy hermeet, dus aansienlik kleiner, nanometerskaal, mikrometerskaal vir bakterieë. Dit is dus die eerste ding wat dit belangrik is om te weet. Hulle is baie klein.

Die volgende kritieke ding is wat is in 'n virus? Wat is sy-- wat is die bloed en ingewande van 'n virus? En dit is óf DNA óf RNA, en dit kan enkel- of dubbelstring wees. Dit het dus sy genetiese materiaal. Sy genetiese materiaal word gewoonlik daaraan toegewy om meer kopieë van homself te maak.

So as die virus 'n jas het, 'n laag proteïene, moet die virus 'n geen daarvoor hê, want die gasheer gaan nie 'n jas vir 'n virus hê nie. Die virus moet dus sekere gespesialiseerde goed hê wat homself voltooi wat nie van die gasheersel geleen kan word nie.

En hulle kan wees - kom ons kyk - hulle kan wees wat genoem word kapsiedvirusse of omhul. Kapsiedvirusse het net 'n proteïenjas. Die omhulde virusse het 'n membraan wat hulle omring met proteïene wat daarin vasgesteek is. Die omhulde virusse het dus 'n buitenste membraan wat met proteïene besaai is.

Maar wat lekker is aan die virus, is dat dit nooit sy eie membrane maak nie. Dit maak nie sy fosfolipiede nie. Dit knyp net, soos dit uit 'n gasheersel opkom, 'n stukkie van die seloppervlak. Dit steel die sellulêre membraan daarmee saam, aangesien dit uit 'n sel kom. En jy sal dit in 'n video sien, hoe koel dit is, al die proteïene wat—al die komponente van die virus groepeer naby die oppervlak van 'n membraan, en dan het jy hierdie wonderlike endositose deur die gasheermembraan te gebruik. Die virus hoef dus nooit sy eie membraan te maak nie. En nie alle virusse is omhul nie, net sommige van hulle, en jy sal voorbeelde van elkeen sien.

Die definisie is dus eintlik dat hulle klein, aansteeklike middels is, dat hulle net binne lewende selle repliseer omdat hulle baie van die masjinerie van lewende selle moet ontgin. En hulle kan mense, ander diere besmet. Daar is plantvirusse. Bakterieë het virusse. Alle lewende organismes het dus virusse wat hulle besmet.

Maar virusse word gewoonlik baie spesifiek gerig op die selle wat hulle besmet. En, om die waarheid te sê, jy sal sien met MIV, dit is nie net 'n virus wat 'n menslike gasheer besmet nie. Dit besmet spesifiek, en dit was hoekom dit so vreesaanjaend was, hierdie-- eintlik T-selle. Dit is die een seltipe in die gasheer waarna dit gaan. Virusse teiken dus baie dikwels op spesifieke organe binne hul gashere, en dit is hoekom ons sommige van die virusse ken. En jy sal sien dat die name van die virusse verband hou met die organe wat hulle kan besmet.

Ek wil dus net kortliks die terme beskryf. Ons praat hieroor met alle aansteeklike siektes, dat hulle endemies, epidemies en pandemies kan wees. Endemies is die term waarvoor ons gebruik, daar is 'n baie lae vlak van 'n aansteeklike middel in die bevolking. Dit is heeltemal buite beheer. Daar is 'n paar gevalle, maar daar is nie 'n oordrag van persoon tot persoon of dier na dier nie. Ons sou dit endemies noem, 'n baie, baie lae vlak van virus wat geen bedreiging veroorsaak nie.

Sodra die virus of bakteriële aansteeklike middels onder 'n plaaslike bevolking begin versprei, sou ons dit 'n plaaslike epidemie noem, dus die hele gemeenskap, die hele land, so baie geografies gedefinieer in 'n spesifieke ruimte waar daar oordrag van virusse van persoon tot persoon of dier tot persoon binne 'n gemeenskap. Daar moet direkte kontak wees.

Maar nou, met reis, bereik baie virusse pandemiese stadiums, wat wêreldwyd beteken. Vliegreise het dus werklik enorme moeilikheid veroorsaak omdat jy 'n virus in Afrika of Asië kan hê. Iemand klim op 'n vliegtuig en beland iewers anders, en die virus is na 'n nuwe land verskuif.

Ek het die verskriklike fout gemaak om te lees Warm Sone een keer op 'n vliegtuig, wat gaan oor Marburg-virus, dit is waar mense basies net in die kol begin uitbloei. En ek lees hierdie boek, en dit beskryf die stappe van iemand wat Marburg gehad het en net soort van uitgebloei langs hulle op die vliegtuig. En ek is soos, is jy mal, lees hierdie boek op 'n vliegtuig? Omdat hulle beskryf het hoe Marburg pas van sy land van herkoms na New York Stad verskuif is, of so iets.

So jy onthou toe ons die Ebola-bekommernisse gehad het. Daar was 'n ware, opregte bekommernis dat Ebola deur vlugreise sou spring, deur mense wat by lughawens inkom, en eindig met 'n pandemie van Ebola.

Toe daar 'n werklike probleem was met die voëlgriep in Asië, Singapoer, dit is baie, baie beskermend van sy grondgebied, het sensors gehad wat sou-- jy sou in Singapoer ingaan, en jy sou met hierdie twee groot roltrappe afgaan. En hulle het sensors gehad wat mense se temperatuur op 'n afstand gemeet het soos hulle met die roltrap afgekom het, en mense oorgehaal het, en hulle soort van ondervraging gehad het, waar was jy?-- om te sien of hulle toegelaat sou word om Singapoer binne te gaan, want die vlug reis , Mense wat op vliegtuie klim, die verspreiding van 'n baie aansteeklike virus na 'n nuwe land is baie, baie realisties.

Die kwessie van verspreiding na pandemiese situasies is baie, baie belangrik as mens aan die geskiedenis dink, want toe die Europeërs die Amerikas, veral Suid-Amerika en Sentraal-Amerika, verower het, het hulle baie virusse saamgebring. Maar daar was 'n ingebore soort weerstand teen - as gevolg van jare en jare se blootstelling.

Maar hierdie gemeenskappe het nog nooit hierdie virusse gesien nie, so miljoene mense het gesterf omdat hulle skielik aan 'n menslike virus blootgestel is wat hulle nog nooit vantevore gesien het nie, deur oordrag van 'n land waar daar nie so 'n probleem met die virus was nie. Die inheemse volke van die Amerikas, Australië en Nieu-Seeland het dus verskriklike gevolge daar gehad.

Sommige van julle het waarskynlik van die Spaanse griep gehoor, en dit was teen die einde van die Eerste Wêreldoorlog en daar word vermoed dat dit soveel as 100 miljoen mense doodgemaak het. En dit is eintlik nogal interessant. Dit word die Spaanse griep genoem, maar daar is bewyse dat dit moontlik in die Amerikas ontstaan ​​het, in die bote wat troepe na Europa geneem het om te help aan die einde van die Eerste Wêreldoorlog. En daar is 'n baie interessante boek oor daardie hele storie, dat die Spaanse griep dalk nie in Spanje ontstaan ​​het nie. En dit is 'n-- dit is beslis 'n lees werd.

So dit vertel jou baie oor die statistieke van virusse. Ek wil net hier beklemtoon, ons praat oor MIV as 'n baie ernstige virus. Dit het in die vroeë 80's na hierdie stroom na vore gekom - wel, in 2011 was daar 35 miljoen mense wat besmet is. Daar is ongeveer 2 en 1/2 miljoen nuwe gevalle per jaar.

Maar wat fassinerend aan MIV is - daar was 'n stadium voordat die werklik goeie antivirale middels beskikbaar was dat, as die ma MIV het, die baba MIV sou kry. Maar nou, as daar behandeling van die ma is, en die baba word gebore, dikwels deur 'n keisersnee, kan die baba ontsnap om met die virus besmet te word as gevolg van die nuwe antivirale middels.

So dit is baie belangrik, dat die-- oorspronklik was daar baie gevalle van pasgeborenes wat bloot MIV tydens geboorte gekry het. Maar nou kan dit wees - daar is ontsnapping daarvan, wat regtig, baie cool is. Die viruslading kan baie laag gebring word met die algemene antivirale middels teen MIV, en daardie volgende generasie het nie daardie vonnis nie.

So ek het vir jou genoem dat baie virusse basies vernoem is na die organe wat hulle tref. So ek het net 'n mens hier met baie verskillende virusse wat verskillende plekke tref, en ek wil net 'n paar punte uitwys. Virusse is dalk deesdae teikens van kinderjare-inentings, en baie van julle - ek hoop almal van julle - het inentings gehad teen baie van hierdie algemene virusse.

Daar is nou kommer by gemeenskappe wat besluit om nie kinders in te ent nie. Dit is 'n groot maatskaplike probleem wat mense aanvanklik dalk daarmee kan wegkom omdat daar gemeenskapsinenting is. Jy is in 'n gemeenskap waar baie mense weerstand of 'n soort immuniteit teen 'n virus het. Maar namate gemeenskappe al hoe minder ingeënt word, sal latere generasies die siekte ernstig begin kry.

En dit gebeur eintlik in dele van die wêreld waar daar-- daar was geen polio nie, en nou is daar polio wat opduik omdat die gemeenskapsimmuniteit was - besig is om te verdwyn. So ons hoop dat mense ingeënt word. Dit is vir seker. Die inentings werk.

Verskeie inentings - verskeie virusse is redelik uitgeroei. Pokke en polio was twee van die regte plakkaatvoorbeelde van kinder-inentings wat ongelooflik goed gewerk en gewerk het. Maar nou is daar 'n probleem met die versuim om in te ent in sekere dele van die wêreld. So dit is 'n bekommernis.

En dan, nog 'n interessante ding is dat sommige virusse - oeps, oops, gaan terug. Jammer. Gaan terug, terug, terug, terug. Moenie nou nie - dit is alles 'n geheim. Jy kan dit nog nie sien nie. Sommige virusse lei tot kanker, so menslike papillomavirus, waar daar 'n entstof is, die mense wat MIV het - sommige van die tipes hepatitis en Epstein-Barr word almal geassosieer met latere gevalle van kanker. Dit is belangrik om te weet.

So dikwels word kankers genoem deur die orgaan wat hulle heg, so al val die drie-- die vyf hepatitises almal die lewer aan, is hulle nie verwant nie. Dit is net vyf virusse wat na die lewer oorgaan. So as jy 'n inenting teen Hep A gehad het, beskerm dit jou nie teen Hep B of C deur 'n verhouding nie. Hulle is baie, baie anders, so jy moet verskillende inentings hê.

So dit gee jou net 'n mooi siening van menslike virusse, wat hul name is, watter organe hulle kan aanval, watter soort dinge hulle kan geassosieer word met. Maar die probleem is dat hierdie nomenklatuur jou nêrens bring om die meganisme van 'n virus te verstaan ​​nie. Dus waarop ons sal fokus, is 'n baie beter stelsel om virusse te beskryf wat gebaseer is op of hulle DNA of RNA het binne die genome wat hulle in gasheerselle invoer, en of daardie DNA of RNA enkel- of dubbelstring is, want dit vertel ons werklik baie meer oor die virus en miskien die stappe wat geïnhibeer kan word om die virusinfeksies te voorkom.

Maar eerstens, net 'n paar foto's - hier is 'n paar - sodat virusse staafvormig kan wees. Hulle kan lyk soos -- hulle kan icosahedra wees. Hulle kan net 'n kapsied hê. So ek het genoem dat hulle dalk net 'n proteïenjas het, die stelle herhaalde proteïene wat in 'n pragtige struktuur inpak, baie algemeen 'n ikosaëder, en ek sal jou wys hoekom dit is.

Of hulle kan omhulde virusse wees, soos griep het 'n vliesagtige oppervlak rondom waar die DNA verpak is. Al hierdie het nukleïensure daarin verpak, DNA of RNA, enkel- of dubbelstrengs. En in die geval van die omhulde virusse, daardie membraan-- dit is 'n normale membraan. Dit is net soos jou membraan. Trouens, dit is jou membraan - daar sal proteïene daarin hê wat eintlik - dien as erkenning vir die gasheerselle. Hulle sal na gasheerselle gryp en die bron van die infeksie in die gasheerselle wees.

En dit is 'n bakteriese virus, en soos ek gesê het, ek hou net van die manier waarop hulle-- ek bedoel, hulle lyk regtig so. Jy weet, die spotprent is regtig die spotprent van hoe die ding lyk, en hulle is nogal ongelooflik. En hulle soort van-- hulle hou hul nukleïensuur in die kop hier. Hulle land op hul soort voete, en hulle skiet die nukleïensuurmateriaal in die gasheerselle in. So dit is baie interessant. Natuurlik, hierdie ding is-- OK.

So hoekom is baie virusse wat kapsiedvirusse is icosahedra? So dit word uiteindelik 'n probleem van meetkunde. So, hoe kan jy 'n perfekte jas rondom iets maak met baie, baie min boublokke van verskillende tipes? Soos, as elke bousteen in daardie jas anders was, sou die virus gene vir almal moes hê.

Wat virusse kan doen, is dat hulle gene kan hê vir, soos, drie stukke van 'n module van die virus. So ek gaan jou wys hoe hierdie kapsiedvirusse saamgestel word. So hier, kleurgekodeer, is 'n ikosahedrale virus, waar ek in die rooi, groen en blou gekodeer het, 'n driehoekige komponent - dit is regtig cool - dit is 'n enkele soort paneel op daardie ikosahedrale virus wat kom saam as 'n driehoek deur niekovalente interaksies tussen drie proteïene.

Jy sien daardie paneel daar. Wat jy dan kan doen is om te sien hoe daardie paneel in 'n vyfhoek sal pas met 'n ekstra driehoek daarop vas, en jy kan daardie driehoek in die vyfhoek en ook in die bykomende stuk pas. En dan kan jy begin visualiseer hoe jy 'n ikosaëder van daardie stukke kan bou, want hulle verteenwoordig elkeen van daardie gesigte binne die virus.

So jy kan hieruit gaan, wat 'n stel boustene is wat ek jou sopas gewys het - dan kan jy hulle so saamstel. En een hiervan sou hierdie deel van die ikosaëder wees, en dan het jy net 'n klomp kopieë daarvan. En jy kan sien hoe jy dit sal saamstel.

En jare gelede het ek besluit om my Kersboom met icosahedra te versier. So ek het deur hierdie meetkundige ding gegaan, en glo my, dit werk baie lekker. Jy kan 'n ikosaëder saamstel en 'n ikosaëder bou. Jy kan dit goud spuit en op jou Kersboom sit. Dit is soort van fanaties, maar dit is regtig-- dit word sterk aanbeveel.

Goed, so kom ons kom nou by iets 'n bietjie ernstiger as Kersbome en dinge. Goed, so ek het vir jou gesê dat die klassifikasie van virusse volgens watter orgaan hulle aanval of wie hulle ontdek het of enigiets net is - 'n grilligheid is wat nie so nuttig is vir die nie-dokters nie, want jy kan nie dadelik weet, o, hierdie is hoe die virus in die gasheersel kom. Dit is hoe die virus sy genetiese materiaal gebruik om nuwe virusse te maak.

So wat deur Baltimore ontwikkel is - David Baltimore was vroeër by - dit was nogal interessant. David Baltimore, 'n baie bekende persoon en Nobelpryswenner, was vroeër by MIT toe ek by Caltech was, en ons het in teenoorgestelde rigtings beweeg. Ek is nie seker dit was 'n goeie handel vir MIT nie, maar dit was 'n goeie handel vir Caltech. So ek het by David Baltimore se laboratoriums in gebou 68 beland, want ons het daardie ruil in 1999 of so iets gedoen. So ek het gedink dit was nogal interessant.

In elk geval, so wat Baltimore besluit het is-- was baie beter om virusse volgens die tipe genetiese materiaal te klassifiseer, soos, is dit DNA of RNA? Is daardie DNA of RNA enkelstring of dubbelstring? Want, afhangend van wat die genetiese materiaal in die virus is, sodra dit in 'n gasheersel afgelaai word, moet sekere stappe gebeur sodat die virus daardie genetiese materiaal kan repliseer, om dit uiteindelik om te skakel in die proteïene wat dit nodig het. , en dan om nuwe virale genetiese materiaal in virale kapsiede te verpak sodat hulle dan uit die sel gespring kan word en 'n ander sel gaan besmet.

Die klassifikasie het dus basies so verloop. So as jy daaraan dink, wat is die hoofdoel in die besmette sel om die virus tot 'n stadium te bring waar die virus plusboodskapper-RNA het. Dit het RNA wat deur die gasheer se ribosome gelees kan word en dit omskep in proteïene. So die algehele doel van die virus, as ons dit 'n soort gewete gee, sal ons sê, is om sy virale materiaal in boodskapper-RNA te maak.

Nou, die virus sluit nie boodskapper-RNA in nie. Dit is net wat van verbygaande aard gemaak word, maar die virus het dalk enkelstring-DNS. Dit kan plus-sin RNA hê. Dit kan negatiewe sin RNA hê. Dit kan dubbelstring-DNS hê, of dit kan selfs dubbelstring-RNA hê. En afhangende van wat daardie genetiese materiaal is, is wat die Baltimore-klassifikasie van 'n virus sou wees. Dus, afhangend van wat in die virus is, kan hulle geklassifiseer word.

En wat ons vandag en op Vrydag gaan deurmaak, is voorbeelde van klas I-, klas V- en klas VI-virusse, sodat ons kan sien hoe daardie genetiese materiaal uiteindelik 'n nuwe virale word - 'n nuwe virus binne 'n gasheersel, of ten minste die komponente daarvan gereed om uit 'n virus gespruit te word.

En daar is een belangrike punt wat ek ook wil aanspreek - oeps - ontluikend of lyties. Goed, daar is twee maniere waarop virusse hul gasheersel ontsnap. Hulle kan bot. So hier het jy 'n gasheersel. Die virale komponente versamel almal naby die oppervlak van die membraan van binne, en dan bot die gasheersel af. Die virale komponente gaan daarmee saam, en die knop skeur af.

Die gasheersel het dus sy kern. Dit is nog ongeskonde. MIV is so 'n virus. MIV maak nie sy gashere dood nie. Dit is die beste teken van 'n parasiet. Dit wil hê die gasheer moet bybly, so dit bot net.

Die ander soorte virusse is lyties, en basies bars die sel net oop en gooi die virus uit. Hulle is dus in twee kategorieë. Sommige van hulle bot, alhoewel die omhulde virusse moet bot, want hulle gaan die membraan van die gasheersel saamneem. Goed? So dit is nog 'n belangrike verskil.

So wat het ons hier? So uiteindelik is die doel om 'n plus-string mRNA vir proteïensintese te kan maak. So ons moet regtig die toepaslike sin van die RNA hê wat die proteïensintese sal dikteer. Kom ons kyk dus eerstens na een van die eenvoudige weergawes, 'n dubbelstring-DNS-virus.

En dit word verteenwoordig deur die pokkevirus. So almal het daarvan gehoor, en herpes simplex. En dit is albei omhulde virusse, so dit beteken dat hulle 'n membraandop het. En so gaan ek jou net deur die stappe lei om van die dubbelstring-DNS af te gaan om 'n nuwe virus te maak.

So hier is die virus. Dit het 'n kapsied, sowel as 'n membraanomhulsel. En daar is erkenning tussen die virus en die gasheersel. En ons sal baie spesifiek praat oor wat daardie erkenning is wanneer ons oor MIV praat, want dit is baie goed gekategoriseer.

Sodra die virus in die gasheersel kom, mors dit soort van al die jas af en stort sy dubbelstring-DNS, die virale DNA, in die gasheersel uit. En dan kan daardie DNA-- in die kern, kan repliseer in meer kopieë van die virale DNA, of dit kan getranskribeer word in boodskapper-RNA, wat dan die laag is vir al daardie kapsiedproteïene wat die virus benodig.

En dan begin hierdie self saamstel binne die gasheersel waar die kapsiedproteïene om die virale genetiese materiaal draai. Hulle versamel naby die oppervlak van die sel, en dan bot hulle uit die sel. So dit is hoe jy van eenvoudige DNA gaan.

Hierdie prosesse is dus heeltemal gebaseer op die menslike ensieme wat daardie prosesse doen. Replikasie, ons moet DNA repliseer. Ons sal dit in die kern moet doen. Transkripsie, ons gaan 'n deel van die DNA vanaf die kern na die sitoplasma moet stuur en maak-- ons gaan 'n kopie van die boodskapper-RNA moet maak en dit na die kern toe stuur.

En dan gaan ons die gasheerribosome, die gasheer se aminosure, die boustene in alles, gebruik om ’n nuwe proteïen te maak wat nie ’n gasheer se selproteïen is nie. Dit is die kapsiedproteïen. Dit is duidelik dat die menslike sel nie 'n kapsiedproteïen sal maak nie. So dit is die belangrikste ding wat die virus moes kodeer. Dit moes die DNA hê om dit te maak.

Sodat alles redelik eenvoudig lyk, en die stappe maak sin. Dit is hoekom ons eers hierdie virus dek, want dit is eintlik die mees deursigtige om te verstaan, dus hierdie verbygaande stadium van soort leenmasjinerie. En soos ek hier genoem het, kan die virus uit die gasheersel spring. Ja.

GEHOOR: So al wat dit beteken is-- een s'n wat nie die gasheerselle doodmaak nie, hoe lyk hulle, soos, op die liggaam, of die selle wat hulle--

BARBARA IMPERIALI: Hulle begin net te veel van 'n las op die liggaam wees, so hulle is net - jy weet, as hulle binne selle is en die hulpbronne van die sel uitbuit, is hulle basies - hulle is benadeel dit, maar hulle vernietig dit nie onmiddellik elke lewensiklus nie. Hulle gebruik net hulpbronne om te repliseer, en gaan dan-- versprei na 'n ander sel, en 'n ander sel, waar hulle sal aanhou om hulpbronne te gebruik. Dit is dus eintlik net 'n oorlading van die stelsel. Dit is 'n baie goeie punt.

Maar hulle kan lank bly bly, en met MIV gaan jy sien watter slinkse ding hulle doen, is omdat hulle hul genoom in die gasheergenoom plaas. En dit is eintlik nogal vreesaanjaend. Ek vra altyd hierdie vraag, maar dit is nogal 'n simpel een. Jy weet, wat is die lewe? ’n Virus leef. Wel, hulle leef nogal, maar hulle leef nie regtig nie, tensy hulle 'n plek het om te bly. Maar is ons nie almal so nie? So dit is baie filosofies. So ons sal net hier aanbeweeg.

So wanneer jy aan 'n virus dink, is dit die oorspronklike sentrale dogma, al die bewegende dele van die sentrale dogma. En let op - so dat wanneer jy aan 'n virus dink, watter dubbel-- wat het dubbelstrengs DNA van die gasheer nodig? Dit het al hierdie dinge. Dit het die-- die gasheer het die polimerase. Dit het die DNA-afhanklike RNA-polimerase. Dit het al die ribosomale masjinerie. Die enigste ding wat die virus dus nodig het, is die geen vir sy kapsiedproteïene. So jy kan die een unieke ding van die virus uit daardie hele lewensiklus verwyder. So dit is 'n dubbelstrengs DNA.

Kom ons beweeg nou na 'n ander tipe V, wat 'n negatiefstrengs RNA-virus is. En dit is nogal belangrik, want dit vorm die basis vir-- laat ek net na die siektes gaan. Dit is die griepvirus, en ek gaan 'n paar baie belangrike punte met betrekking tot griepvirus noem.

Dus is griepvirus wat bekend staan ​​as 'n gesegmenteerde virus. En wat dit beteken, is dat sy genoom - in hierdie geval is dit negatief-gestrengde RNA - in stukke is. Baie ander virusse het net 'n enkele genoomstring, 'n enkele nukleïensuurstring. Dit is dus net een stuk, waar dele van daardie nukleïensuur kodeer vir verskillende proteïene, en hulle sal dikwels kodeer vir aanvanklike poliproteïene wat opgebreek word. En ons sal 'n virus met 'n enkele draad sien wanneer ons na MIV kyk.

Maar die griepvirus het 'n gesegmenteerde genoom. En dit is baie relevant vir sy lewenstyl, want ons sal binne 'n oomblik sien hoe griepvirus meer skade kan veroorsaak as wat ons verwag as gevolg van herkombinasie van verskillende kopieë van die gesegmenteerde virus deur verskille.

Maar kom ons kyk eers na die lewensiklus van hierdie virus, en dan gaan ons oor na die kwessie van segmentering. So hier is 'n tipiese omhulde virus met 'n kapsied. Binne is daar die negatief-gestrengde RNA wat in die gasheersel kom, en jy maak-- en jy stort in die gasheersel die virale genomiese RNA. Dit kan gekopieer word. Die minus-string RNA word na die plus-string RNA gekopieer, wat die boodskapper word vir proteïensintese in die sel.

So jy het ingegaan met minus strand. Jy het die plusstring gemaak, wat die boodskapper is, en wat al die proteïene kodeer wat nodig is vir 'n nuwe virus. En sommige van daardie proteïene kan seinvolgordes hê. Hulle kan na die oppervlak van die sel verskeep word, en hulle kan in die buite sellulêre membraan van die gasheerselle geplant word.

En wat jy hier sien, is kopieë van daardie proteïene wat eintlik in die oppervlak van 'n sel is. Wat dus met hierdie virus gebeur, is, sodra al die bewegende dele gemaak is, vergader hulle by die oppervlak van 'n sel, word verpak en bot dan uit die sel.

Onthou dus al die reëls wat jy geleer het oor waar proteïene in die sel beland, is almal nog goed hier, want die kapsiedproteïene moet by 'n selmembraan kom, so hulle word met 'n seinvolgorde vertaal. Hulle kom saam - ek weet nie hoe hierdie selfsamestelling plaasvind nie, maar dit is 'n fassinerende proses, sodat jy uiteindelik 'n ongeskonde virion uit die gasheersel ontkiem.

Maar die belangrikste ding wat die virus moet hê, is iets wat negatiewe stringe RNA sal kopieer na plusstring RNA, wat die boodskapper gaan wees. Die virus moet dus ook kodeer vir 'n spesifieke proteïen wat uniek is aan sy lewenstyl. Dit het dus 'n RA-afhanklike RNA-polimerase.

Ons gebruik nie 'n RNA-afhanklike RNA-polimerase nie, maar die virus het dit nodig om sy negatiewe string RNA na 'n plusstring RNA te neem, wat die boodskapper sal wees. So maak dit sin? Dit is dus natuurlik 'n bewegende deel wat dit aan die gasheer moet verskaf.

Nou, wat is dit oor gesegmenteerde virusse wat nogal belangrik is? O, en ek wil net hier onderstreep, wat die bestemming van hierdie proteïene definieer, of dit nou kapsiedproteïene is of proteïene wat binne die virus verpak gaan word, is basies net dieselfde reëls wat van toepassing is waaroor ons gepraat het toe ons oor proteïenhandel gepraat.

So elke jaar is daar 'n hele paniek. Het jy jou griepinspuiting gekry? Gaan dit hierdie jaar werk? O my god, miljoene mense gaan siek word. Gaan kry jou griepinspuiting. Dit is vierwaardig, dit is driewaardig, ensovoorts. So wat ons elke jaar probeer doen, is om te voorspel hoe die virus gaan lyk.

So ons moet-- daar is spanne mense wat dit soms verkeerd verstaan, wat die variasie in hierdie gene voorspel. En hulle kyk na die winter in die Suidelike Halfrond, want dit gaan ons vooraf, en probeer raai wat in die winter in die Noordelike Halfrond gaan gebeur. En ons moet probeer om 'n inentingspakket saam te stel.

Maar die probleem met die virale griepvirus is dat daar nie net 'n wegdrywing kan wees nie, soos mutasies, klein mutasies wat 'n bietjie op 'n slag plaasvind, maar daar kan rekombinasie van die gene wees, omdat hulle gesegmenteer is, in totaal nuwe virusdeeltjies wat verskillende eienskappe het.

Virusse dryf dus nie net in hul genomiese volgorde nie. Hulle kan dramatiese verskuiwings in hul rye hê wat plaasvind - oeps - deur kombinasies van virusse wat kom - wat verskillende diere besmet het. So sommige van die algemene stamme, wanneer ons praat oor sekere stamme wat baie, baie lastig vir mense was, kan die gevolg wees van so 'n kombinasie.

Dit sou dus die Eurasiese varkgriep, die klassieke varkgriep, die menslike griep, die voëlgriep wees. As, in sekere gemeenskappe waar mense dikwels met hul vee woon, 'n sel met virusse, 'n menslike virus en die varkvirus besmet raak, kan hulle meng en pas. En jy kan 'n totaal ander virale samestelling maak, waar jy een stukkie genetiese inligting van die varkgriep en nog sewe van die menslike griep het.

En wat dit skielik kan beteken, is dat die-- eerstens, die entstowwe werk glad nie, maar dat hulle baie, baie verskillende eienskappe vir aansteeklikheid kan hê. Die proteïen wat uitgedruk word wat daardie heel eerste aanval van die virus op jou selle in die boonste longe kan veroorsaak, kan baie verskil van die tipe - van die proteïen wat van die varkgriep kom en kan jou baie ernstiger longinfeksies gee omdat hulle kan dieper in die longe ingaan.

Dit kan dus baie klein veranderinge wees deur 'n ensiem, 'n stukkie geen, van 'n heeltemal ander organisme af te trek en dit te pas by die res van die gene van die menslike virus wat dramatiese verskuiwings in virale infeksies veroorsaak wat hierdie soort skielike veroorsaak tektoniese verskuiwings waar ons regtig 'n virus moet hanteer.

Daar is twee terme hierbo. Daar is H en N. Dit is hemagglutinien en neuraminidase. Dit is twee proteïene wat in die virale jas is, so jy sal dikwels virusse hoor waarna verwys word as H1N1, H3N3, en dit is net die variant van daardie proteïene wat in die virusse is. Sien hierdie klein terme hier-- dit is wat dit beteken, watter tipe hemagglutinien, watter tipe neuraminidase, is op die oppervlak van die virus.

So ek is klaar vir vandag, en volgende klas sal uitsluitlik oor die VIGS-MIV-virus handel, waar ons in daardie lewensiklus gaan en ook praat oor weerstand teen terapeutiese middels en kombinasieterapieë.


Hoe selle kunsmatige bestanddele 'lees' wat in genetiese resep gegooi word

Krediet: CC0 Public Domain

As die genoom die resep van lewe is, is basispare die individuele bestanddele wat gelys word. Hierdie chemiese strukture vorm DNA, en elke lewende organisme op Aarde het net vier. Die spesifieke rangskikkings van hierdie vier basispare—A, T, C, G—maak ons ​​wie en wat ons is.

Dit was dus ’n groot verrassing toe Scripps Research-wetenskaplikes in 2014 onthul het dat hulle twee nuwe, onnatuurlike basispare (hulle het hulle kortweg X en Y genoem) in die genetiese kode van lewende bakterieë in die laboratorium kan inbring. Dit was soos twee bestanddele wat nog nooit tevore in die resep gegooi is nie, wat die verskeidenheid geregte wat 'n sel kan opsweep hipoteties vergroot.

Navorsers het dadelik die potensiële toepassings gesien: Met meer beheer en seleksie kan hulle dalk selle as klein kombuisies gebruik om nuwe medisyne en entstowwe te kook. Maar net omdat daar meer letters in 'n genetiese resep is, beteken dit nie dat die sel dit kan lees, of weet wat om daarmee te doen nie - of dat enige daarvan werk in die selle van organismes wat meer ingewikkeld is as bakterieë.

In 'n studie gepubliseer 17 Junie 2021 in Natuur Chemiese Biologie, 'n span gelei deur navorsers by Skaggs Skool vir Farmasie en Farmaseutiese Wetenskappe aan die Universiteit van Kalifornië San Diego het gehelp om hierdie struikelblokke aan te spreek.

Die span het onthul dat gisselmasjinerie die onnatuurlike X- en Y-bestanddele naatloos "lees", soos dit A, C, T en G sou doen, en dit in RNA vertaal, wat uiteindelik in proteïene vertaal kan word, die basis vir omtrent elke deel van die sel. Anders as bakterieë is gis eukariote, deel van dieselfde veelsellige lewensklas as diere, plante en swamme. ('n Nota oor veiligheid: Hierdie sintetiese selle kan nie oorleef sonder spesiale vloeibare kos wat in die laboratorium voorsien word nie.)

"Nou kan ons presies sien hoe eukariotiese selmasjinerie met onnatuurlike basispare in wisselwerking tree, maar dit is nie perfek nie, daar is ruimte om te verbeter in terme van selektiwiteit en doeltreffendheid," sê senior skrywer Dong Wang, Ph.D., professor in die Skaggs School of Apteek. "Dit is ons hoop dat hierdie bevinding 'n groot impak in die veld sal hê deur die ontwerp van meer effektiewe, volgende generasie onnatuurlike basispare moontlik te maak."

Wang se laboratorium het lank reeds RNA-polimerase II bestudeer, 'n noodsaaklike ensiem wat in elke swam-, plant- en diersel voorkom. RNA Pol II lees die DNA-resep en help om die genetiese kode in boodskapper-RNA om te skakel. (Daardie mRNA dra dan daardie genetiese resep uit die kern en in die sitoplasma, waar dit vertaal en gebruik word om proteïene saam te stel soos voorgeskryf.) In die verlede het die span die struktuur van RNA Pol II bestudeer en hoe dit reageer op normale genetiese resep hik soos DNA-skade wat deur bestraling veroorsaak word.

In hul jongste studie het Wang se span vir die eerste keer stap-vir-stap onthul hoe dit struktureel gesproke lyk wanneer eukariotiese RNA Pol II optel en onnatuurlike basispare inkorporeer terwyl dit 'n stuk DNA transkribeer. Sodoende het hulle byvoorbeeld ontdek dat RNA Pol II selektief is - dit kan X of Y op een string van 'n dubbelstring DNA-genoom bind, maar nie die ander nie.

"Wat ons nou het, is 'n unieke siening van wat is en wat nie goed erken word deur RNA Pol II nie," sê Wang, wat ook professor by UC San Diego Skool vir Geneeskunde en Departement Chemie en Biochemie is. "Hierdie kennis is belangrik vir ons om nuwe onnatuurlike basispare te ontwerp wat deur gasheer-RNA-polimerases gebruik kan word."


'n Verrassing begin vir RNA

Organiese molekules genaamd koënsieme is sentraal tot metabolisme, maar daar is ook gevind dat dit as komponente van RNA in bakterieë optree. ’n Studie onthul hoe koënsieme in RNA geïnkorporeer word. Sien Brief p.444

Die afwesigheid van 'n molekulêre kapstruktuur aan die begin van boodskapper-RNA-molekules is lank reeds beskou as 'n kenmerk van bakterieë 1 . In die afgelope dekade 2,3 is chemiese modifikasies egter in bakteriese RNA ontdek wat struktureel lyk soos die kappies wat in mRNA van eukariote (organismes wie se selle 'n kern bevat) gevind word. Hierdie gemodifiseerde boustene is koënsieme, wat goed bekend is aan biochemici vir hul rol as helpers in ensiem-gekataliseerde metaboliese reaksies. Op bladsy 444, Voël et al. 4 meld dat die bakteriële afdekkingsmeganisme fundamenteel verskil van dié van eukariote. Die skrywers brei dan hul studie uit om te ontrafel waarom sommige RNA-reekse hierdie pet dra, terwyl ander nie.

RNA bestaan ​​oor die algemeen uit slegs vier boustene - die nukleosiedmolekules adenosien, sitidien, guanosien en uridien - wat deur fosfaatgroepe gekoppel is. Baie terreinspesifieke chemiese modifikasies versier egter RNA-molekules, wat diverse kodering, strukturele en katalitiese funksies ondersteun 5 . Die doppie aan die 5'-punt van mRNA is een van die mees prominente eukariotiese modifikasies, wat prosesse so uiteenlopend soos RNA-splyting, intrasellulêre vervoer en proteïenbiosintese 1 beïnvloed. Die aanhegting van hierdie pet vind plaas in parallel met RNA-transkripsie, danksy die gekombineerde pogings van verskillende ensieme 6 (Fig. 1a).

a, Tydens eukariotiese transkripsie, begin die RNA-polimerase (RNAP) ensiem RNA sintetiseer vanaf DNA onmiddellik stroomaf van die DNA-promotorvolgorde, by posisie +1. RNAP verbind nukleosiede - adenosien (A), sitidien (C), guanosien (G) en uridien (U), met U wat in die plek van die DNA-nukleosied timidien (T) geïnkorporeer word - wat drie fosfaatgroepe bevat. Die ensiem verwyder twee fosfate soos elke molekule by die ketting gevoeg word. Nadat RNA 'n sekere lengte bereik het, bedek ander ensieme (nie getoon nie) die 5'-punt: 'n fosfaatgroep word verwyder, 'n guanosienmonofosfaat word bygevoeg en 'n metielgroep word daarby gevoeg. b, Daarenteen, Bird et al. 4 rapporteer dat bakteriële RNA tydens die aanvang van transkripsie beperk word. 'n Koënsiemmolekule (hier, NAD + ) wat 'n adenosien-substruktuur bevat, kompeteer met adenosientrifosfaat vir posisie +1 en word dus direk by die 5'-punt van RNA deur RNAP geïnkorporeer. Die nukleosied teenwoordig by DNA posisie −1 bepaal die doeltreffendheid van koënsiem inkorporasie.

Eerstens bind die ensiem RNA-polimerase (RNAP) aan 'n spesifieke volgorde wat die promotor in DNA genoem word, en inisieer RNA-sintese onmiddellik stroomaf hiervan, by die transkripsie-beginplek (aangedui as die +1-posisie). RNAP stel die RNA-ketting aanvullend tot die DNA-sjabloonstring saam deur nukleosiede te koppel wat drie fosfaatgroepe aangeheg het (nukleosiedtrifosfate NTP's), elke koppeling wat die gelyktydige vrystelling van twee fosfaatgroepe veroorsaak. Die RNA dra 'n trifosfaatgroep aan sy voorste 5'-punt, wat spruit uit die NTP wat by die +1-posisie geïnkorporeer is. Sodra die groeiende RNA-ketting 'n sekere lengte bereik, word 'n kapstruktuur vir hierdie doel bygevoeg: ensieme sny eers 'n monofosfaatgroep af, voeg dan 'n guanosienmonofosfaatmolekule by en voeg uiteindelik 'n metielgroep by die guanosien, waardeur 'n volwasse kapstruktuur gevorm word. .

Bakterieë beskik nie oor hierdie afdekmasjinerie nie, so handboeke sê dat hul transkripsies 'n 5′-trifosfaat dra. Maar massaspektrometrie dui aan 3,7 dat dit nie heeltemal akkuraat is nie. Ontleding van afgekapte bakteriële RNA het onverwagte bestanddele aan die lig gebring wat, as gevolg van hul struktuur, slegs aan die 5'-punt van RNA kon woon. Hierdie bestanddele was twee ou bekendes, nikotinamied adenien dinukleotied (NAD + ) en 3'-defosfo-koënsiem A (dpCoA), sentrale koënsieme in bakteriële fisiologie.

In 2015 het die kombinasie van 'n NAD + -spesifieke verrykingsprotokol en hoë-deursetvolgorde-analise aan die lig gebring dat 2 'n stel bakteriële regulerende klein RNA's pet-agtige NAD + aanhegsels het wat hulle teen degradasie en modifikasie beskerm. 'n Ensiem genaamd NudC kan die dop 2,8 verwyder, maar dit was nie duidelik hoe NAD + in die eerste plek in hierdie RNA-stringe beland het nie.

Die volgorde van alle gerapporteerde NAD + –RNA molekules begin met adenosien 2, en NAD + en dpCoA bevat 'n adenosien substruktuur. As gevolg hiervan, Bird et al. veronderstel dat die koënsieme met die gereelde NTP, adenosientrifosfaat, kompeteer in die aanvangstap van transkripsie, en daarom in die RNA-ketting by die +1 posisie 4 geïnkorporeer word (Fig. 1b). Die outeurs se selvrye transkripsietoetse het bevestig dat bakteriële RNAP NAD +, sy verminderde vorm NADH, en dpCoA doeltreffend in vollengte RNA-transkripsies kan inkorporeer. Inkorporering is egter slegs doeltreffend as die promotorvolgorde van die ooreenstemmende DNA dieselfde is as dié in die bakterie Escherichia coli wat getranskribeer word na hoogs NAD + -gekapte RNA's 2 .

Sistematiese ondersoek het aan die lig gebring dat die promotornukleosied onmiddellik stroomop van +1 (die nukleosied in die -1 posisie) 'n sleutelbepaler van koënsiem inkorporasie is, met die teenwoordigheid van adenosien by -1 wat baie hoër vlakke van inkorporasie as sitidien verleen. In 'n belangrike eksperiment het die skrywers die vermoë van verskeie ontleed E coli promotors om transkripsie van NAD + -gemodifiseerde RNA's te inisieer in vivo, en so gedemonstreer dat hierdie in vitro bevindinge geld ook in lewende selle. Verder het hulle getoon dat koënsiembeperking 'n groot toename in RNA-stabiliteit tot gevolg het in vivo.

Ten slotte, Bird et al. X-straal kristallografie gebruik om die strukturele basis vir koënsiem inkorporasie te ontleed. Hulle het kristalle van 'n RNAP-promotorkompleks geweek in 'n oplossing wat die koënsieme en NTP's bevat, en het opgemerk dat koënsiembedekking RNA-vorming in die kristal kan inisieer.

"Die studie verskaf 'n eerste verduideliking vir hoe koënsiem-gemodifiseerde RNA in bakterieë gesintetiseer word."

Die huidige studie verskaf 'n eerste verduideliking vir hoe koënsiem-gemodifiseerde RNA in bakterieë gesintetiseer word en demonstreer die fundamentele verskille tussen hierdie proses en tipiese eukariotiese afdekking. Verder bepaal die werk die funksionele relevansie van NAD + afdak in vivo - verhoogde RNA-stabiliteit. Die bestaan ​​2 van die decapping ensiem NudC dui aan dat die gestabiliseerde transkripsies gedestabiliseer kan word en geteiken kan word vir degradasie indien die metaboliese behoefte ontstaan.

Dit moet nog gesien word of selektiewe stabilisering en afbraak die enigste funksies van hierdie onkonvensionele RNA-punte is. Ons het onlangs voorgestel dat koënsieme en metaboliete wat aan RNA geheg is, 'n laag 'epitranskriptomiese' inligting verskaf wat die aktiwiteit van RNA verander sonder om die volgorde daarvan te verander. Sulke inligting kan RNA's met bykomende funksies toeken en hul interaksie met ander biomolekules fasiliteer.Indien dit die geval is, moet daar 'n hoë vlak van spesifisiteit wees in die koppeling van 'n bepaalde koënsiem aan 'n RNA. Voël en kollegas se studie onthul nie of RNAP tussen verskillende adenosienbevattende koënsieme kan onderskei nie in vivo. 'n Interessante vraag is dus of daar ander strukturele determinante van koënsiem-inkorporasie behalwe die −1-nukleosied is. Dit sal ook interessant wees om te sien of RNAP deur soortgelyke meganismes uridien-, sitidien- en guanosienbevattende biomolekules kan inkorporeer.

Ten slotte, Bird et al. gedemonstreer in vitro dat eukariotiese RNAP ook koënsieme in RNA kan inkorporeer. Hierdie atipiese afdak is dus moontlik nie beperk tot bakterieë nie. Die diversiteit van kapstrukture en afdekmeganismes in eukariote kan heelwat groter wees as wat tans verwag word. Voetnota 1


Kyk die video: Eiwitsynthese bijgewerkt (September 2022).