Inligting

Hoe word die grense van 'n geen bepaal?

Hoe word die grense van 'n geen bepaal?



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.

Watter statistiese prosesse en metodes word deur genetici/molekulêre bioloë gebruik om te weet waar een geen begin en een eindig?


Ek weet van slegs een naïewe benadering om die grense van 'n geen te bepaal: RACE-PCR. Daar is twee soorte, 3' en 5' RACE, wat dit moontlik maak om die onderskeie ledemate te vind.

Die rasionaal is die volgende:

  • Jy voer 'n omgekeerde transkripsie van die transkripsie van belang uit deur 'n spesifieke primer te gebruik. By hierdie stap het jy 'n spesifieke enkelstrengs cDNA.

  • Dan voeg jy 'n stuk identiese nukleotiede by wat die homopolimeriese stert genoem word in 5' van die cDNA.

  • Laastens voer jy 'n PKR uit met een spesifieke onderlaag en een universele onderlaag wat die homopolimeriese stert herken. Jy kan jou geamplifiseerde cDNA volgorde en vind waar dit in die genoom geleë is met 'n 1 bp resolusie.

Vir die 3'RACE is die konsep dieselfde, maar die poly-A-stert word gebruik in plaas daarvan om dit self met die terminale oordragase te genereer.

Sien hierdie vraestel vir 'n gedetailleerde protokol:

Sambrook J, Russell DW. 2006. Vinnige amplifikasie van 5'-cDNA-einde (5'-RACE). CSH-protokolle 2006.

Die ooreenstemmende wikipedia-artikel gee jou ook meer besonderhede oor wat by elke stap gebeur, maar pasop, daar is 'n fout: daar word gesê dat vir die 5'RACE, die terminale transferase die homopolimeriese stert in 3' voeg terwyl dit dit byvoeg in 5'


Daar is verskeie sagteware waarin jy jou volgorde kan invoer (kom ons sê die hele genoomvolgorde) en dit kan vir jou die vermeende oop leesrame (ORF'e) identifiseer, dit wil sê die beginkodons en die stopkodons. Dan, deur hierdie vermeende gene te gebruik, kan jy 'n volgorde-belyning doen deur BLAST te gebruik en dan, gebaseer op die tellings, kan jy bevestig dat dit werklik ORF'e is. Aangesien dit die statistiese benadering is, kan u dan u resultate in die nat laboratorium verifieer, soos agrimaldi voorgestel het.


As jou doel is om die grense van die transkripsie-eenheid (die deel van die DNA wat getranskribeer word) te definieer, is die antwoord hierbo akkuraat, alhoewel baie mense bloot homologie met gekloonde cDNA's gebruik eerder as RACE-reaksies. Hierdie benadering het die voordeel dat dit terselfdertyd alternatiewe lasvorms definieer.

As jou doel is om die "eindes" van die geen te definieer, kan dit net empiries en funksioneel gedoen word omdat beheerelemente (grense, versterkers, ens.) onmoontlik is om te herken met behulp van informatika, en selfs al vind 'n mens versterkers, is dit nie seker dat daardie versterkers word met spesifieke gene gebruik. Sommige gene kan wees miljoene van basispare lank, so het honderde ander gene afgewissel. Die "goue standaard" vir die definisie van die grense van gene is om die verlies-van-funksie fenotipe van 'n mutasie te red met 'n transgeen wat die geen van belang bevat. As die DNA wat in 'n organisme teruggetransformeer word, die wildtipe toestand van 'n mutasie van 'n geen kan herstel, word aanvaar dat al die belangrike dele van daardie geen binne die transgeen is.


Oor die algemeen spreek jy die genoom in volgorde en soek dan na leidrade. Daar is gewoonlik spesifieke volgordes wat 'n geen voorafgaan wat die translasietoerusting help om te weet "hallo dit is waar ons begin" sowel as streke waar proteïene kan bind wat gebruik word om translasie van die geen te verbeter of te inhibeer.

Rekenaars kan geprogrammeer word om deur die volgorde te soek en moontlike kandidate na vore te bring vir mense om van nader te kyk.


Die krag van gene, en die lyn tussen biologie en lot

Dit is VARS LUG. Ek is David Bianculli, redakteur van die webwerf TV Worth Watching, wat vir Terry Gross sit. Die manier waarop ons identiteit, temperament, geslag, seksuele oriëntasie en geslagsdisforie verstaan ​​en bespreek, word ingrypend verander deur ons nuwe kennis oor die menslike genoom. Die studie van genetika verander ook fundamenteel ons begrip van siekte, van skisofrenie tot kanker. Nuwe kankerbehandelings word ontwikkel wat die genetiese mutasies aanspreek wat kanker veroorsaak.

Vandag se gas, Siddhartha Mukherjee, het 'n topverkoperboek genaamd "Gene" geskryf wat nou in sagteband uit is. Dit vertel die geskiedenis van genetika en berig oor nuwe deurbrake en etiese vrae wat voortspruit uit geenmanipulasie. Mukherjee het die Pulitzer-pryswennende boek "The Emperor Of All Maladies" geskryf oor die geskiedenis van kanker en die behandeling daarvan. Dit is aangepas in 'n PBS-reeks met dieselfde naam. Hy is 'n onkoloog wat spesialiseer in bloedkanker en is besig om 'n terapie te ontwikkel wat bedoel is om sekere kankers te behandel deur die liggaam se immuunselle te verander.

Mukherjee is 'n assistent-professor in medisyne aan die Columbia Universiteit en 'n personeelkankerdokter by die Columbia University Medical Center. Hy het verlede jaar met Terry gepraat toe sy boek die eerste keer gepubliseer is.

(KLANKBYT VAN GEARGIEFEERDE UITSENDING)

Siddhartha Mukherjee, welkom by VARS LUG. So hoe gee genetika ons 'n nuwe begrip van siekte, 'n nuwe model om siekte te verstaan ​​en te behandel?

SIDDHARTHA MUKHERJEE: Wel, genetika het werklik die klassieke of tradisionele opvatting van siekte omvergewerp. Ons - jy weet, ons het vroeër aan siekte gedink as iets wat met ons gebeur het. Genetika stel ons in staat om werklik aan siekte te begin dink as iets wat gebeur as gevolg van ons interaksie met die omgewing. Dit is nie te sê nie - kom ons wees baie duidelik vooraf - dit is nie te sê dat alle siektes geneties is nie. En dit is ook nie te sê dat alle siektes omgewings is nie.

Maar dit is om te sê dat baie, baie siektes - nie almal nie - maar baie, baie siektes is akuut afhanklik van die kruising tussen gene en die omgewing. En as jy een deel van daardie vergelyking uitlaat, sal jy onvermydelik iets belangriks oor daardie siekte mis. Jy sal nie weet hoe om dit te behandel nie. Jy sal nie weet hoe om dit te verstaan ​​nie. En dit is een van die idees wat sentraal in hierdie boek staan.

GROSS: So kom ons praat oor kanker, aangesien jy 'n onkoloog is. Kankers is nog altyd behandel op grond van die deel van die liggaam of die orgaan wat hulle aangetas het. Dit is dus soos bors-, lewer-, bloed-, longkanker. Wat wys genetika vir ons oor die ooreenkomste en verskille binne elke tipe tumor in elke kategorie, soos die ooreenkomste en verskille van borskankergewasse of leukemieë of, jy weet, longkanker?

MUKHERJEE: Daar is 'n aansienlike mate van herorganisasie in die manier waarop ons fundamenteel dink oor kanker wat tans aan die gang is. Sommige daarvan het verband gehou - of 'n groot deel daarvan verwant deur genetika. As jy na die mutasies in individuele kankers kyk, kan jy eintlik vind dat 'n longkanker 'n mutasie dra wat dit deel met, kom ons sê, 'n borskanker of dit deel 'n mutasie wat dit met leukemie deel. Die vraag wat op die oomblik in die veld gevra word, wat 'n belangrike vraag is, is daar - dus, moet ons hierdie ou anatomiese klassifikasie van kanker herorganiseer - jy weet, longkanker, borskanker - en dit 'n bietjie meer baseer op 'n soort gemengde klassifikasie.

Ja, jy sê borskanker, wat die volgende mutasies het. My algehele indruk is dat die anatomiese klassifikasie nie gaan verdwyn nie. Ek dink dit is baie belangrike dinge wat die anatomie bepaal. Daar is gene wat spesifiek vir borskanker is. Daar is gene wat spesifiek vir longkanker is. Maar dit gaan baie verfyn word. En ons sien dit reeds met genetika. So ons gaan longkanker sê, maar met genetika of gene wat sommige dinge met leukemie deel.

En ons kan, in werklikheid, hierdie twee kankers soortgelyk behandel - hierdie leukemie en die longkanker soortgelyk. Maar ek dink nie die anatomiese klassifikasie gaan heeltemal weggaan nie. Dit is 'n baie belangrike klassifikasie wat sal bly.

GROOT: So ek verstaan ​​die konsep dat chemoterapie 'n giftige stof is wat vinnig groeiende selle doodmaak. En daarom kan dit vinniggroeiende kankerselle doodmaak en ook baie gesonde selle langs die pad doodmaak. So ek kry wat werk en wat sleg is oor chemo. Ek verstaan ​​nie regtig hoe jy ’n mutasie, soos ’n genetiese mutasie, met dwelms teiken nie – of waarmee? Soos, hoe maak jy.

MUKHERJEE: Wel, die klassieke.

MUKHERJEE: . Voorbeeld is hierdie genetiese mutasies maak produkte - maak proteïene. Gene maak proteïene. Hulle maak RNA, wat dan gebruik word om 'n proteïen te bou. En hierdie proteïene dien werklik as soort patologiese drywers van 'n kankersel. Hulle beveel of kommandeer 'n kankersel en begin dit abnormaal laat optree. En die truuk is om 'n medisyne, 'n dwelm, 'n klein molekule te skep - dit kan ander dinge wees - maar 'n klein molekule wat homself in die spleet van daardie proteïen vergroot en dit afskakel soos 'n handjie wat 'n skakelaar afskakel. Die sleutelpunt hier is dat omdat die kankerselle hierdie gemuteerde geen het, en dus die abnormale proteïen maak, normale selle dit nie het nie. En dit is die ideale scenario.

En daarom, jy weet, sal jou dwelm baie min effek hê, hopelik, op normale selle en 'n diepgaande uitwerking op kankerselle hê. En ons het sulke dwelms reeds in die armamentarium. Daar is 'n dwelm genaamd Gleevec. Ek het daaroor geskryf. Ander het geskryf – dis natuurlik ongelooflik bekend – en dit doen presies dit.

Daar is 'n pragtige beskrywing van Gleevec wat iemand eenkeer vir my Gleevec beskryf het. Dit is soos 'n pyl wat die hart deurboor van hierdie abnormale proteïen wat die kankersel aandryf. Dus - en dit deurboor nie die hart van normale selle nie, vir die grootste deel. So dit is die ideale scenario. Die minder ideale scenario is dat, jy weet, die middel werk nie met soveel spesifisiteit nie, dit is nie so 'n pyl wat fyn ingestel is op die Achilleshiel van 'n kankersel nie. Maar dit het 'n mate van kollaterale skade.

Maar die uiteindelike doel is om 'n dwelm te hê wat iewers tussen die uitstekende spesifisiteit vir 'n kankersel en miskien 'n effens meer gematigde spesifisiteit val, sommige normale selle kan doodmaak, maar nie naastenby die onoordeelkundige doodmaak wat chemoterapie gehad het nie.

GROOT: Wanneer ek praat oor hoe nuwe begrip van genetika nuwe kankerterapieë skep, wil ek jou vra oor werk wat jy nou doen, wat verband hou met 'n sekere vorm van bloedkanker waarin jy T-selle geneties verander . Jy verander basies die immuunstelsel geneties. Sal jy verduidelik wat jy doen?

MUKHERJEE: Ons is - weereens, voorlopige dae vir hierdie werk - wat ons probeer doen is om die immuunstelsel op kanker te probeer fokus.

'N bietjie agtergrond hier help. Die idee dat jou eie immuunstelsel jou kanker kan beveg, het 'n lang geskiedenis. Sommige daarvan word uiteengesit in "Emperor Of All Maladies" en het gelei tot wonderlike terapieë vir sommige kankers, soos beenmurgoorplanting vir leukemie, hoewel dit nie vir baie ander kankers werk nie.

Die idee dat jou immuunstelsel op een of ander manier weer op jou kanker gefokus kan word, is dus 'n ou idee. Maar dit het regtig weer lewe gekry, want ons het nou 'n magdom nuwe medisyne wat ons moontlik maak om die immuunstelsel te heraktiveer en kankerselle te laat herken en weer doodmaak. Die idee het gegroei uit iets baie interessants, en dit is in die 1990's en 2000's deur 'n hele klomp navorsers gewerk wat gewys het dat wanneer 'n kanker by 'n mens ontstaan, dit dit kan doen - nie waar vir alle mense nie - maar dit kan dit doen deur op een of ander manier die immuunreaksie te ontsnap - dat daar iets omtrent die immuunreaksie was dat hoe, fundamenteel, die kankerselle ontsnap het.

En dit het gelei tot die hipotese dat ons die immuunstelsel sou aktiveer en dit dan so 'n bietjie kon herfokus of dit soort van wakker kon maak en die kanker weer herken. Ons probeer variante daarvan in leukemie en MDS. Ander mense het getoon dat dit baie effektief is, byvoorbeeld in melanoom of selfs in longkanker. Dit is die siektes waarin hulle veral effektief was. En ons probeer sommige hiervan in leukemie.

GROSS: So jy toets dit nou op muise?

MUKHERJEE: Ons toets dit op muise. Ons toets dit in proefbuise. Daar is 'n hele platform wat ons probeer ontwikkel om te probeer uitvind hoe ons dit na die kliniek kan bring.

GROSS: So, waarmee meng jy geneties in?

MUKHERJEE: Ons meng in met die manier waarop T-selle kankerselle herken. Ons meng in met die manier waarop die kankerselle uit die T-selle kan ontsnap, die soort mantels en skedes wat hulle opsit om van die immuunstelsel te ontsnap. Dus - en al hierdie is uiteindelik geneties. Hulle is gene wat geaktiveer, onderdruk word, wat hul aard verander, wat toelaat dat hierdie soort cloaking-verskynsel voorkom.

En dan doen ons albei. Ons beide aktiveer, maak die immuunstelsel wakker, skud dit soort van wakker en ons verander dinge in die kankerselle wat dit toelaat om homself teen die immuunstelsel te bedek en daardeur te ontsnap.

GROSS: As jy net by ons aansluit, is my gas dokter en skrywer Siddhartha Mukherjee. En hy is die skrywer van "The Emperor Of All Maladies," die topverkoperboek oor die geskiedenis van kanker, die siekte en die behandeling daarvan wat in 'n openbare televisiereeks aangepas is. Hy het 'n nuwe boek genaamd "The Gene: An Intimate History." Kom ons vat 'n kort pouse hier, dan gesels ons nog bietjie. Dit is VARS LUG.

(KLANKBYT VAN DIE BERGBOKKIES LIED, "PAUE")

GROOT: Dit is VARS LUG, en as jy net by ons aansluit, is my gas onkoloog en skrywer Siddhartha Mukherjee. Hy is die skrywer van die nuwe boek "The Gene: An Intimate History." Dit gaan oor genetika en medisyne. Hy is ook die skrywer van "The Emperor Of All Maladies," wat 'n geskiedenis van kanker en kankerbehandelings was.

Hoe maak mens geneties – ek weet jy kan dit nie vir my verduidelik nie. Dit is waarskynlik heeltemal te ingewikkeld. Maar hoe maak jy genetiese veranderinge in kankerselle?

MUKHERJEE: Jy weet, om genetiese veranderinge in selle te maak was vroeër baie ingewikkeld. Ons kon vroeër virusse gebruik en sommige gene in die selle aflewer. Ons het vroeër gemaak - in staat wees om mutasies te maak deur selle bloot te stel aan, byvoorbeeld, X-strale. Maar as jy my 10 jaar gelede sou vra, weet jy, kan jy hierdie een spesifieke geen in 'n sel verander? Ek sou sê, ek kan dit doen, maar dit is nogal moeilik om te doen.

Wat gebeur het in die afgelope vyf jaar - en dit is regtig 5 jaar oud, hierdie tegnologie - hierdie tegnologie het ons op 'n verstommende manier toegelaat om in 'n normale sel of 'n kankersel in te gaan, selfs moontlik 'n embrioniese stamsel, en in wese rigting of doelbewus maak 'n mutasie in 'n enkele geen op 'n opsetlike wyse.

So ek het hierdie tegnologie vergelyk om te sê - jy weet, dit is soos om te sê dat as jy die menslike genoom as 'n groot ensiklopedie voorstel - in werklikheid, as jy die menslike genoom as 'n groot ensiklopedie kan voorstel, sal dit 66 volledige stelle bevat van die "Encyclopaedia Britannica," maar herhaal oor en oor ACTGGCTCCGCC, ensovoorts.

Heeltemal ondeurgrondelik vir jou en my, maar natuurlik uiters ondersoekbaar vir 'n sel. Wat hierdie tegnologie ons in wese toelaat, is om in daardie 66 hele stelle van die "Encyclopaedia Britannica" in te gaan en dit een woord daarin te laat identifiseer en daardie woord te verander en die meeste van die res van die ensiklopedie onaangeraak te laat. Ek sê die meeste van die res, want daar is nog 'n paar kollaterale effekte.

Jy kry soms die verkeerde plek. Die tegnologie tref die verkeerde plek. Maar wat dit jou toelaat om te doen, is dat jy een woord kan uitvee en dit met 'n effens ander woord vervang. En dit is hoe kragtig die tegnologie is.

En dus, daarom, kan jy my nou vra, wat jy my nie vyf jaar gelede kon vra nie, is dit maklik om 'n rigting- of opsetlike verandering in 'n sel te maak? En die antwoord sou ek sê – vandag oneindig makliker, oneindig makliker in vergelyking met hoe dit 5 of 10 jaar gelede was.

GROOT: Daar is baie etiese kwessies betrokke by hierdie soort tegnologie. Wat is sommige van daardie etiese vrae wat geopper word?

MUKHERJEE: Ek bedoel, die grootste etiese vrae is moet ons met die menslike genoom peuter terwyl ons nog nie baie daarvan weet nie? Moet ons menslike gene verander? En dit lei tot die vraag, jy weet, wat is siekte? Wat is 'n genetiese siekte? In "Gene" bied ek 'n eenvoudige formulering waaraan ons dalk kan dink. Ek sê, jy weet, waaroor ons kan dink - een vraag waaraan jy dalk kan dink, is dat ons 'n paar genetiese materiaal gaan verander, is ons seker dat die voordele die risiko swaarder weeg?

Ek bedoel, is daar werklik buitengewone lyding wat verband hou met daardie siekte? Nou, die woord buitengewone lyding - die frase buitengewone lyding - jy weet, een persoon se buitengewone lyding kan nie 'n ander persoon se buitengewone lyding wees nie, maar ten minste kan ons die woord buitengewoon gebruik om te sê dat dit nie 'n toevallige tegnologie is nie. Ons behoort dit natuurlik nie te gebruik om die vorm van oë of die kleur van hare ensovoorts te verander nie. So dit is een.

Die tweede idee is dat ons slegs enige van hierdie tegnologieë, enige genetiese tegnologieë moet gebruik - en ek sal daardie idee binne 'n sekonde verbreed - enige genetiese tegnologieë wanneer ons weet dat die geen werklik daardie siekte in 'n relatief 1-tot- 1 manier. Ek het jou voorheen 'n paar voorbeelde gegee. Ek het gesê, jy weet, sommige siektes, jy weet dat wanneer jy die genetiese mutasie het, die kanse groot is dat jy daardie skrikwekkende siekte sal hê. Die is baie penetrant. So die idee dat, jy weet, ons nie hierdie tegnologieë moet gebruik om eens iets te doen in siektes waar ons nie weet hoe gene met mekaar in wisselwerking is nie, wat die vlakke van kompleksiteit is nie - ons moet regtig versigtig wees oor daardie idee .

En die derde beginsel of die derde arena is om seker te maak dat daar keuse hierby betrokke is - dat niks hiervan deur mandaat gedoen word nie. Dit word nie gedoen deur - want ons wil hê mense moet so doen of optree, maar dat daar 'n verskynsel van regverdige keuse is. So jy kan hierdie soort as 'n driehoek voorstel. Een kant van die driehoek het die idee van buitengewone lyding. Die ander kant van die driehoek het die idee van volledige of byna volledige penetrasie. En die derde sy van die driehoek het die idee van regverdige keuse. Solank as wat ek dink dié - ons as 't ware binne daardie driehoek bly, sal ons ten minste weet dat ons nie net op 'n totaal onveilige manier met die menslike genoom peuter nie.

Maar selfs dit laat dit werklik 'n reeks etiese en morele vrae ontstaan.Hoeveel moet ons die menslike genoom verander? Moet ons dit verander op 'n manier wat ons kan lei na gebiede waaroor ons totaal onseker is? Moet ons dit ooit doen in 'n embrioniese stamsel wat die vermoë het om 'n volwaardige embrio te word? Daar is steil versperrings in die Verenigde State wat verhoed dat ons baie van hierdie goed kan doen.

GROSS: Sodra die gene op een of ander manier verander is, kan enige van daardie veranderinge aan die volgende generasie oorgedra word?

MUKHERJEE: Weereens, 'n baie belangrike en ingewikkelde vraag. In eenvoudige organismes soos gis en selfs wurms, sommige eenvoudige wurms, is daar bewyse dat jy hierdie soort omgewingsreaksies kan neem en dit oor generasies kan oordra. Dit lyk of plante dit ook kan doen.

Die vraag by mense is baie ingewikkeld. Daar is 'n paar bewyse dat wanneer jy hongersnood het, geenregulering plaasvind, transkripsiefaktore verander, gene aan- en afgeskakel word. En dan werf hulle ander punte in die genoom, wat moontlik oor een generasie, miskien oor twee generasies, oorgedra kan word.

Afgesien daarvan by mense, is daar baie min bewyse dat omgewingsinligting oor verskeie generasies kan oordra. Dit is net baie belangrik om versigtig hiermee te wees, want natuurlik, die idee dat jy inligting oor verskeie generasies kan oordra, verhoog die vooruitsig van Lamarck, jy weet - kameelperde word langer deur hul nekke langer te rek of diere kan vinniger hardloop omdat hulle self vinnig vir diere weggehardloop. En op een of ander manier word hierdie inligting aan hul nageslag oorgedra en jy kan evolusie kortpad. Dit is baie selde waar en ek sou sê amper nooit waar nie.

Die inligting wat uit die omgewing na die genoom oorgedra kan word, is baie eiesoortig. Ons weet baie min daarvan by mense. In eenvoudige organismes en in plante is daar bewyse daarvoor, maar daar is 'n woord van waarskuwing in die boek. Trouens, die afdeling begin met hierdie idee. Dit sê 'n opmerking van waarskuwing hier dat hierdie gebeure eienaardig is, dit is skaars en behoort nie fantasieë uit te nooi om, jy weet, Darwinistiese evolusie vir Lamarckiaanse evolusie om te keer nie, wat is - net regtig nie waar is nie.

GROOT: Daar is 'n voorbeeld in jou eie familie van oorgeërfde siekte. En daar is ook 'n voorbeeld in jou gesin van identiese tweeling. En almal weet dat identiese tweelinge soveel vrae laat ontstaan ​​oor wat oorgeërf word en wat 'n funksie is van ervaring en die omgewing waarin jy woon. So wat leer ons oor identiese tweelinge en hul genetiese samestelling en hoe die gene hulle beïnvloed en hoe omgewing beïnvloed hulle ten spyte van die gene?

MUKHERJEE: Dit is 'n fassinerende area. As een tweeling skisofrenie het, is die kans dat die ander tweeling skisofrenies sal word opvallend groot - vier, vyf - sommige mense sê 'n bietjie minder - maar 3 tot 5 keer die risiko van die algemene bevolking. Ons weet dus dat as jy identiese genome het, die kans groot is dat jy sekere siektes sal ontwikkel, al kan hierdie siektes natuurlik veelvuldige gene hê. Die punt is dat as jy en jou tweeling presies dieselfde genoom het - gee of neem 'n paar veranderinge wat met verloop van tyd en in utero plaasvind. Maar jy het in wese dieselfde substraat.

En nou ontdek ons ​​meer en meer dat dit oor verskeie gene gedeel word. Weereens, die belangrike ding om te besef is dat vir die meeste siektes - nie vir alle siektes nie - maar vir die meeste chroniese menslike siektes, daardie getal ongeveer 20 persent is, 30 persent - daardie aantal - die kanse dat jy en jou identiese tweeling die dieselfde siekte. Dit is nie 100 persent nie, en daarom kom ons weer tot die besef dat dit nie gene alleen is nie.

Dit is 'n kombinasie van gene, plus omgewing, plus snellers, plus kans. Solank ons ​​daardie formule onthou, kan ons oor die algemeen akkuraat wees oor genetika - gene plus omgewings plus snellers plus vorm. Dit stel ons in staat om versigtig te wees om die feit te beskryf dat gene absoluut saak maak. Hulle maak saak in siektes soos skisofrenie, hulle maak saak in siektes soos diabetes, in siektes - natuurlik die manier waarop jou liggaam gevorm is. Hulle maak saak in siektes soos vetsug. En tog is dit nie alles gene nie.

GROOT: So soms het jy 'n genetiese aanleg vir iets, maar dit waarborg nie dat jy daardie ding gaan kry nie.

MUKHERJEE: 'n Klassieke voorbeeld daarvan is natuurlik die BRCA1-geen. Nie elke vrou wat die BRCA1-geen het, sal borskanker kry nie. En tog, die kanse dat 'n vrou met 'n BRCA1-geen borskanker kry, is opvallend groter as die algemene bevolking as jy nie BRCA1 het nie.

BIANCULLI: Skrywer en onkoloog Siddhartha Mukherjee het verlede jaar met Terry Gross gepraat. Na 'n pouse gaan ons voort met hul gesprek. En filmresensent David Edelstein resenseer die bekroonde dokumentêr "Last Men Of Aleppo" oor noodvrywilligers in Sirië en ek resenseer twee nuwe TV-reekse, die nuwe Amazon-komedie van die "Transparent"-skepper Jill Soloway en die nuwe Netflix-verwerking van die klassieke kinderfilm. roman "Anne Of Green Gables."

Ek is David Bianculli, en dit is VARS LUG.

(KLANKBYT VAN DAVID FELDMAN SE "CHORA TUA TRISTEZA")

BIANCULI: Dit is VARS LUG. Ek is David Bianculli in vir Terry Gross, terug met meer van Terry se onderhoud van verlede jaar met skrywer Siddhartha Mukherjee. Sy jongste boek, getiteld "Gene," is nou uit in sagteband. Hy het ook die Pulitzer-pryswennende boek "The Emperor Of All Maladies" geskryf, 'n geskiedenis van kanker en kankerbehandelings. Hy is 'n onkoloog by die Columbia Universiteit Mediese Sentrum en werk daaraan om 'n terapie te ontwikkel wat bedoel is om sekere kankerverslae te behandel deur die liggaam se immuunstelsel te verander.

Genetika, sê hy, het hom gehelp om sy eie familie te verstaan. Hy het twee ooms en 'n neef wat skisofrenies was, en sy ma het 'n identiese tweelingsuster.

(KLANKBYT VAN GEARGIEFEERDE UITSENDING)

GROOT: Gene leer wetenskaplikes eintlik baie oor die aard van geslag en van geslagsidentiteit en dalk van seksuele oriëntasie. Laat ek dus begin met seksuele oriëntasie. Daar was in die 90's gepraat oor die ontdekking van, soos, 'n gay geen. Wat dink wetenskaplikes nou? Is daar 'n genetiese verklaring vir homoseksualiteit?

MUKHERJEE: Geweldig belangrike vraag en 'n geweldig kontroversiële vraag, maar ons weet nogal baie data daaroor. Laat ek dus net die data aanbied, en dan gaan ons binne 'n sekonde op hierdie idee in. As jy 'n identiese tweeling, manlike tweeling, neem, is die kans dat hierdie manlike tweeling 'n seksuele oriëntasie sal deel, baie groter as byvoorbeeld broers en susters.

Nou, wat sê dit vir ons? Dit sê vir ons dat daar genetiese determinante kan wees - omdat identiese tweelinge presies dieselfde genoom het, kan daar genetiese determinante wees wat 'n mens se seksuele oriëntasie bepaal. Daardie getal wat - die - hoeveel hulle deel, is nie 100 persent nie. So met ander woorde, as een tweeling gay is, sal die ander tweeling nie noodwendig gay wees nie. Dit is nie 100 persent presies dieselfde nie.

Ons weet dus dat gene of intra-uteriene blootstelling of ander faktore, omgewings, 'n kragtige uitwerking op hierdie samelewing het. Kultuur het 'n kragtige uitwerking hierop, maar ons weet ook dat daar ten minste 'n paar gene betrokke moet wees. En as jy mooi na die patrone kyk, is dit duidelik dat nie een geen betrokke is nie. Daar is nie een enkele gay geen, wat waarskynlik veelvuldige gene betrokke is. Om die waarheid te sê, ek hou nie eens van daardie term gay geen nie. Ek dink dit is baie misleidend as 'n idee.

Dit is 'n geen wat 'n seksuele voorkeur beïnvloed, en natuurlik is die meeste van hierdie werk by mans gedoen. Daar is baie, baie min bewyse by vroue. So ons weet dat daar 'n paar genetiese determinante - meervoud - wat betrokke is. Maar wanneer mense na daardie genetiese determinante gaan soek het, het die jagtog heeltemal nie so duidelik gekom nie. So die opsomming is basies dat ons tot dusver nie gevind het nie - soos ek gesê het, ek hou nie van die woord of die frase nie - ons het nie 'n gay geen gevind nie. En dit is onwaarskynlik dat ons een sal vind.

Daar sal waarskynlik wees - soos baie verskynsels in menslike identiteit - daar sal verskeie genetiese determinante wees wat met omgewings in wisselwerking tree. Maar dit is baie belangrik om duidelik te wees oor hierdie idees, want anders val ons in taal wat alles verkeerd en verkeerd is. En dan kweek jy net onsinnige polemiek.

GROSS: Maar deur te sê dat daar waarskynlik 'n soort genetiese aanleg is om reguit te wees of gay te wees, lewer dit 'n beduidende bydrae tot gesprekke oor gay-verwante kwessies en huweliksgelykheid en sulke dinge.

MUKHERJEE: Jy weet, in sommige opsigte - en ek hou daarvan om op hierdie manier aan "Gene" te dink - "Gene" is 'n massiewe pleidooi vir gelykheid en gelykmoedigheid. Menslike variasie is volop. Ons het 'n groot hoeveelheid variasie, en ons weet nog nie die gevolge van hierdie variasie nie. Maar ons het ook 'n groot hoeveelheid ooreenkomste. Ons is 'n jong spesie. Ons is nie baie lank daar nie. So eintlik is daar diep ooreenkomste en 'n paar verskille, en die geen is 'n pleidooi vir 'n soort radikale opvatting van menslike gelykheid.

GROSS: So kom ons praat oor geslagsidentiteit. Wat leer genetiese wetenskaplikes oor mense wat die verskil het tussen hul geslagsanatomie en hul geslagsidentiteit?

MUKHERJEE: So vir die groot deel word geslagsanatomie, of jy manlik of vroulik is in terme van die seksuele anatomie, werklik deur een meesterreguleerdergeen bepaal. Dit is 'n transkripsiefaktor, soos jy jou kan voorstel, een van hierdie meestergene. En dit is nie verbasend nie, dit sit in die Y-chromosoom. As jy die Y-chromosoom het en dus die geen erf, dan sal jy 'n man gebore word. Jy sal, vir die grootste deel, vir die meeste mense, die geslagsanatomie van 'n man hê. As jy nie die geen het nie, sal jy vroulik gebore word en die geslagsanatomie, vir die grootste deel, van 'n vrou hê.

Nou - maar af en toe word hierdie patroon verander. Soms is daar mense, skaars mense, waar jy die Y-chromosoom erf, maar jy het nie - jy het 'n mutasie in daardie SRY-geen. So in wese, vir die - jy word gebore met die Y-chromosoom. Maar in wese is jou anatomie, en vir die grootste deel jou identiteit, vroulik. Dit leer ons iets baie belangriks.

Dit beteken dat, wat geslagsanatomie betref, wat selfs geslagsidentiteit betref, daar een meesterreguleerder is. Dit sê dus vir ons dat dit 'n enkele meesterreguleerder is, en ons weet wat daardie meesterreguleerder is. Wat dit ook vir ons sê, en dit is waar dinge die interessantste raak, is dat daardie meesterreguleerder, wat ons nou weet, stroomaf dinge begin werf. Dit is nie - dit tree nie op sy eie op nie.

Dit is soort van soos die bevelvoerder in die weermag. Maar die bevelvoerder in die weermag moet nog steeds sy ontplooiing van al die ander troepe gewerf het, al die ander - jy weet, die hiërargie, as't ware. En daar is oneindige variasies langs daardie hiërargie. Jy kan dus steeds as't ware die meesterreguleerder hê, 'n gebiedende manlike geslagsanatomie en 'n ander hiërargiese organisasie wat daaruit voortvloei, wat tot effense verskillende variasies of radikaal verskillende variasies in geslagsidentiteit sou lei. Met ander woorde, jy sal manlike anatomie hê, maar jy het dalk nie almal dieselfde aspekte nie – of mense het verskillende aspekte van manlike identiteit.

Die punt hier is dus dat gene op pieke of by pentacles van kaskenades of hiërargieë kan sit en dinge op 'n aan-en-af manier kan beveel - vroulik, manlik. Maar die manier waarop hierdie gene - hierdie genetiese inligting deurdring tot in die individu, die manier waarop hierdie hiërargie in 'n individu deurdring, kan baie verskil van een persoon na 'n ander en dus die soort oneindige rimpelings of variasies in menslike identiteit skep wat ons ervaar in die menslike lewe.

GROSS: As jy net by ons aansluit, is my gas onkoloog en skrywer Siddhartha Mukherjee. Sy nuwe boek heet "Die Gene." Hy is ook die skrywer van "The Emperor Of All Maladies," wat 'n topverkopergeskiedenis van kanker en kankerbehandelings was. Ons moet 'n kort blaaskans hier neem, maar dan is ons dadelik terug. Dit is VARS LUG.

(KLANKBYT VAN JOAN JEANRENAUD SE "AS")

GROOT: Dit is VARS LUG. En as jy net by ons aansluit, is my gas onkoloog en skrywer Siddhartha Mukherjee. Sy nuwe boek heet "Die Gene." Dit is 'n geskiedenis van genetika en hoe dit wat ons oor genetika leer, toegepas kan word op die behandeling van siektes. En hy is ook die skrywer van "The Emperor Of All Maladies," wat 'n geskiedenis van kanker en kankerbehandelings was.

So ek wil graag dink dat genetika nie beteken dat biologie die lot is nie. Met ander woorde, ek sou graag wou dink dat net omdat jy met vroulike geslagsorgane gebore is, nie beteken dat jy geneties beperk is om, jy weet, minder sterk of minder bekwaam as mans te wees nie, wat was wat, histories, is op vroue geprojekteer.

Terselfdertyd wil ek dink dat genetika ons kan help om mense te verstaan ​​wat identifiseer as trans, wat gebore is met byvoorbeeld vroulike geslagsorgane maar identifiseer as manlik of andersom – gebore met manlike geslagsorgane, maar hulle identifiseer as vroulik. Is dit te veel gevra? Dink jy dat genetika dalk albei kan doen, om te sê biologie is nie die lot as dit by geslag kom nie, maar help ons ook om te verstaan ​​hoekom sommige mense as trans identifiseer?

MUKHERJEE: Absoluut. Die middelpunt van hierdie boek is dat biologie nie die lot is nie. Maar sommige aspekte van biologie en sommige aspekte van die lot word baie sterk deur gene beveel. En ons het ten minste oor een so aspek gepraat. Die anatomie van geslag word sterk deur gene bepaal. Maar jy kan - daar is geen rede dat dit nie versoen kan word met die idee dat daar 'n duisend variasies is wat 'n ander aspek van jou lot en biologie kan beïnvloed nie. En dit is dalk die aard van jou identiteit.

So die feit dat hierdie twee voorgehou word as soort van wedersyds opposisie, biologie is nie noodlot nie en biologie is lot, herinner ons hoekom ons die besonderhede moet verstaan. Die waarheid is in die besonderhede. Ons moet gene verstaan ​​- wat hulle is, hoe hulle optree, wat hulle doen - om daardie stelling te kan maak dat, jy weet, biologie nie die lot is nie. En biologie is sommige dele van die lot. Hierdie is nie onderling gekant nie. Dit hang af waarvan jy praat. Dit hang af van watter vraag jy vra en watter antwoord jy soek.

As jy nie weet hoe om hierdie vrae te vra nie en as jy nie weet om die taal van genetika of gene te gebruik nie, sal jy mislei word. En as jy eers mislei word, betree jy nou 'n geweldig verdelende openbare diskoers op 'n manier wat verkeerd is.

GROSS: Dit is 'n baie nuttige antwoord. Baie dankie daarvoor. Ek wil vra oor jou eie gene. Het jy besluit of jy self geneties getoets moet word of nie? En ek moet hier noem dat daar 'n geskiedenis van skisofrenie in jou familie is. Jy het twee ooms en 'n neef met skisofrenie gehad. Jy weet, wat wetenskaplikes oor skisofrenie leer, is dat daar 'n genetiese komponent daaraan is, 'n genetiese aanleg. So wil jy vir daardie of ander siektes getoets word?

MUKHERJEE: Ek het gekies om nie getoets te word nie. En ek sal waarskynlik kies om vir 'n lang tyd nie getoets te word nie, totdat ek inligting van genetiese toetse begin terugkry wat baie deterministies is. Weereens, onthou daardie idee van penetrasie waaroor ons gepraat het. Sommige genetiese variasies is baie sterk voorspellend van sekere vorme van siekte of sekere vorme van anatomiese eienskappe ensovoorts.

Ek dink dat ons op die oomblik, vir siektes soos skisofrenie, nêrens naby daardie plek is nie. Die meeste wat ons weet, is dat daar verskeie gene in familiale skisofrenie is, die soort wat ons familie het. In wese weet ons nie hoe om as 't ware te karteer nie. Daar is geen een-tot-een korrespondensie tussen 'n genoom en die kanse om skisofrenie te ontwikkel nie.

En totdat ons daardie kaart kan skep - en of ons daardie kaart ooit kan skep, is 'n vraag - maar totdat ek - ons daardie kaart kan skep, sal ek beslis nie getoets word nie, want dit - daardie idee - ek bedoel, dit is weer die middel van die boek. Dit beperk jou. Dit word voorspellend. Jy word - dis 'n koue woord wat ek in die boek gebruik - jy word 'n previvor (ph). 'n Previvor is iemand wat 'n siekte oorleef het wat hulle nog nie eens gehad het nie. Jy leef in die skadu van 'n siekte wat jy nog nie gehad het nie. Dit is 'n baie Orwelliaanse idee. En ek dink ons ​​moet dit so veel as moontlik weerstaan.

GROSS: Sou jy so voel as jy 'n vrou was en daar was 'n geskiedenis van borskanker in jou familie?

MUKHERJEE: Baie moeilike vraag. As ek ’n vrou was en ek het ’n geskiedenis van borskanker in my familie gehad en as die geskiedenis treffend genoeg was – en jy weet, hier is ’n – is dit ’n plek waar ’n genetiese berader help. As die geskiedenis treffend genoeg was, sou ek waarskynlik ten minste die gene wat by borskanker geïmpliseer is, opvolg, sonder twyfel daaroor.

MUKHERJEE: Ek beveel dit aan vir my pasiënte.

GROOT: OK. Dankie vir dit. Siddhartha Mukherjee, dit was 'n plesier om met jou te praat. Baie dankie.

MUKHERJEE: Dankie. Dit was 'n plesier om op die program te wees.

BIANCULLI: Skrywer en onkoloog Siddhartha Mukherjee het verlede jaar met Terry Gross gepraat. Sy jongste boek, getiteld "Gene," is nou uit in sagteband.

Kopiereg & kopie 2017 NPR. Alle regte voorbehou. Besoek ons ​​webwerf se gebruiksvoorwaardes en toestemmingsbladsye by www.npr.org vir verdere inligting.

NPR-transkripsies word op 'n haastige sperdatum geskep deur Verb8tm, Inc., 'n NPR-kontrakteur, en vervaardig met behulp van 'n eie transkripsieproses wat met NPR ontwikkel is. Hierdie teks is dalk nie in sy finale vorm nie en kan in die toekoms bygewerk of hersien word. Akkuraatheid en beskikbaarheid kan verskil. Die gesaghebbende rekord van NPR&rsquos-programmering is die klankrekord.


Metanogene van die begin af

Wat is 'n metanogeen?

Metaanproduserende archaea, of metanogene, word gekenmerk deur hul vermoë om energie te bewaar vir ATP (adenosientrifosfaat) sintese deur metaangas te produseer. Die eerste aanduiding dat metaangas biologies geproduseer kan word, word gekrediteer aan Alesandro Volta in 1776, wat vlambare varswater moerasgas ontdek het en vermoed het dat dit afkomstig is van verrottende organiese materiaal [1]. Dit was egter eers in 1933 dat metanogene vir die eerste keer gekweek is [2]. Metanogene kan gevind word in anaërobiese habitatte, en veral in lae-sulfaat omgewings soos in varswater dam sediment. Ander voorbeelde van omgewings wat metanogene kan huisves, is spysverteringskanale van diere (byvoorbeeld herkouers en mense), insekte, mariene sediment en terrestriële ondergrondse omgewings.Metanogene kan van oor 'n wye reeks termochemiese gradiënte geïsoleer word, van asidofiel tot alkalifiel (pH 3.0–10.2), van (hiper)termofiel tot psigrofiel temperatuur (van -2°C tot 122°C), en van varswatermonding tot halofiel. omgewings. Terwyl metanogene geassosieer is met polimikrobiese siektes, soos intestinale disbiose en periodontale inflammasie, is daar geen verslae van metanogene wat direk betrokke is by patogenese deur virulensiefaktore of gifstowwe te gebruik nie [3].

Tot op datum is metanogene streng anaërobiese archaea en is verpligte metaanprodusente. Metanogene kan groei deur een-koolstof (C1) verbindings [CO2 (koolstofdioksied), CO (koolstofmonoksied), metanol, metielamiene en metielsulfiede], asetaat, of steenkool tot metaangas deur een van verskeie metanogenese-weë (Figuur 1) [4-6]. Ongeag die substraat wat gebruik word, word 'n metiel-koënsiem M-molekule uiteindelik tot metaan gereduseer deur die metiel-koënsiem M-reduktase-ensiem, Mcr [7]. Metanogene word onderskei van bakterieë en archaea wat metaan as 'n neweproduk van metabolisme kan produseer deur hul verpligte behoefte om metaan te sintetiseer om energie te bespaar met behulp van die Wolfe-siklus [8]. Deur hierdie onderskeid behoort alle bekende metanogene tot op hede tot die euryarchaeale domein.

Die Wolfe-siklus.

Pyltjies verteenwoordig die rigting van biochemiese reaksies. Swart, reaksiestappe en rigtings wat gemeen is aan al vyf metanogenese-weë van C1-verbindings of asetaat. (a) Hydrogenotrofiese (rooi) en karboksidotrofiese (blou) metanogenese weë. Miersuur en primêre of sekondêre alkohole word geoksideer tot CO2 en dus gebruik metanogene wat op hierdie substrate groei die hidrogenotrofiese pad. (b) Metiel-respirasieweg (oranje) en metielotrofiese pad (groen). (c) Acetoclastic pathway (fuchsia). Pers, reaksies word slegs gevind in Methanosarcina spesie grys, voorgestelde reaksies. Geskakeerde elektronbifurkasie-/konfurkasiereaksiestappe CoB-SH, koënsiem B tiol CoM-SH, koënsiem M tiol CoM-S-S-CoB, koënsiem M-koënsiem B heterodisulfied Fd, ferredoksien Fdrooi, verminderde ferredoksien H4MPT, tetrahidrometanopterien MFR, metanofuran MPh, metanofenasien MPhH2, verminderde metanofenasien. Sien Tabel 2 vir reaksies en ensiemname.

Pyltjies verteenwoordig die rigting van biochemiese reaksies. Swart, reaksiestappe en rigtings wat gemeen is aan al vyf metanogenese-weë van C1-verbindings of asetaat. (a) Hydrogenotrofiese (rooi) en karboksidotrofiese (blou) metanogenese weë. Miersuur en primêre of sekondêre alkohole word geoksideer tot CO2 en dus gebruik metanogene wat op hierdie substrate groei die hidrogenotrofiese pad. (b) Metiel-respirasieweg (oranje) en metielotrofiese pad (groen). (c) Acetoclastic pathway (fuchsia). Pers, reaksies word slegs gevind in Methanosarcina spesie grys, voorgestelde reaksies. Geskakeerde elektronbifurkasie-/konfurkasiereaksiestappe CoB-SH, koënsiem B tiol CoM-SH, koënsiem M tiol CoM-S-S-CoB, koënsiem M-koënsiem B heterodisulfied Fd, ferredoksien Fdrooi, verminderde ferredoksien H4MPT, tetrahidrometanopterien MFR, metanofuran MPh, metanofenasien MPhH2, verminderde metanofenasien. Sien Tabel 2 vir reaksies en ensiemname.

Daar is getoon dat ander organismes klein hoeveelhede metaan produseer. Sommige spesies pelagiese bakterieë stel metaan vry deur C-P-liases te gebruik om P te bevry van algelipiede wat metielfosfonaatkopgroepe kan bestaan ​​[9,10]. Vermindering in die C–P metielfosfonaatbinding stel metaan vry, maar hierdie proses word gebruik om P te verkry, en dra nie direk by tot energiebesparing nie. Die P word veronderstel om vir biomassa sintese gebruik te word, maar die metaboliese vloede is nie hoog genoeg om energiebesparing te ondersteun nie.

Metanogeniese archaea stel groot hoeveelhede metaan in die atmosfeer vry en speel 'n beduidende rol in die beheer van globale klimaat. Metaan, of dit nou abioties, antropogenies (deur mynbou of landbou) of biologies geproduseer word, het 'n lewenslange kweekhuisgasimpak 28 keer hoër as CO22 [11]. Metaan wat deur metanogene vervaardig word, word hoofsaaklik geoksideer na CO2 deur anaërobiese metanotrofiese archaea of ​​bakterieë, of deur aërobiese metanotrofiese bakterieë. Daar word beraam dat <1% van biologiese metaan uit die ondergrond na die atmosfeer vrygestel word [12]. In die algemeen word beraam dat tot 2% van koolstof in die globale koolstofsiklus (of 450 Tg jaarliks) deur metanogene per jaar gemineraliseer word [13]. Daar is voorgestel dat verhoogde globale temperature kan lei tot verhoogde ondergrondse metanogene aktiwiteit in smeltende subarktiese toendra en vleilande, en sodoende atmosferiese metaanvrystellings versnel wat klimaatverwarming verder kan verhoog [14]. Die effek van verhoogde metanogenese op globale klimaat is moontlik voorspel deur die teorie dat metanogene moontlik bygedra het tot die grootste uitsterwing in die Aarde se geskiedenis [15]. Volgens molekulêre filogenie, nikkelneerlegging, C-isotoopverhoudings en die fossielrekord, is daar voorgestel dat metanogene moontlik die vermoë verkry het om asetaat as 'n substraat te gebruik van anaërobiese Clostridia [16,17]. Die daaropvolgende uitbreiding na 'n nuwe ekologiese nis en die skerp styging in kweekhuismetaan het blykbaar aardverwarming en klimaatsveranderinge veroorsaak wat 99% van alle gewerwelde lewe op Aarde tot uitsterwing gedryf het, en uiteindelik gekies het vir bestraling van soogdiere. Daar is dus dwingende bewyse dat ongekontroleerde metanogenese die wêreldklimaat kan verander. Gelukkig, sedert die Permiese uitsterwing, het mikrobes ontwikkel om die meeste van die klimaatseffekte van metanogeenmetabolisme te versag deur doeltreffende maniere te ontwikkel om metaan vinnig na die minder skadelike CO2 om te skakel.2. Vandag word daar gedink dat aërobiese en anaërobiese metaanoksidasie deur ondergrondse mikrobes natuurlike atmosferiese metaanvrystellings verminder [12,13].

Terwyl atmosferiese metaanvrystellings ongewens kan wees, is die benutting van metanogene nuttig om metaan uit hernubare koolstofvoerstof te produseer. Anaërobiese vertering van afval om biogas te produseer is 'n uiters doeltreffende proses. Biogas bestaan ​​uit 30-90% metaan en kan verbrand word om elektrisiteit op te wek of verfyn en saamgepers word om vervoer aan te dryf [18,19]. Metanogene word al dekades lank gebruik om die biologiese suurstofaanvraag van afvalwater (landbou of munisipale) te verminder, terwyl dit terselfdertyd hernubare metaan (as biogas) produseer wat uit anaërobiese verteers opgevang en as brandstof gebruik kan word. Implementering van anaërobiese vertering en biogasherwinningstegnologie het die potensiaal om 7.9 miljoen metrieke ton metaan of 4940 miljoen kWh jaarliks ​​in die VSA te produseer, hoewel minder as 10% van die Amerikaanse afvalwaterbehandelingsfasiliteite hul gebruik geïmplementeer het [20-22]. In Europa, wat 'n doelwit het om teen 2020 20% energie deur hernubare bronne te produseer, is hernubare energie-infrastruktuur meer gevorderd, en die Europese Unie is op koers om >25% energie in die vorm van biogas uit anaërobiese vertering te verkry [23].

Ten spyte van die erkenning dat metaan, 'n waardevolle brandstof, deur biologiese organismes geproduseer kan word, het die verbouing en karakterisering van metanogene teen 'n stadige maar bestendige pas verloop. Die tempo van ontdekking kan verstaan ​​word in die konteks van verskeie tegnologiese en historiese struikelblokke wat, wanneer dit oorkom is, aansienlike vooruitgang in Biologie tot gevolg gehad het. Eerstens, metanogene is streng anaërobe wat nie net die verwydering van suurstof uit die kultuurmedium vereis nie, maar ook 'n reducerende omgewing met 'n redokspotensiaal onder 50 mV [24]. Dus, betroubare isolasie en karakterisering van metanogene vereis aansienlike vooruitgang in mikrobiese verbouing insluitend anaërobiese vloeistof hantering (Hungate) tegnieke en gespesialiseerde glasware en kweek toerusting (Hungate en Balch buise) [25,26]. Hierdie anaërobiese kultuurtegnieke het bygedra tot die studie van baie diverse mikrobes wat andersins nie gekweek kon word nie. Tweedens, voordat dit verstaan ​​is dat baie metanogene lito-outotrofe is wat C1-verbindings of asetaat gebruik om te groei, het byvoeging van heterotrofiese koolstofbronne sintrofiese bakteriese/metanogeengemeenskappe verryk wat onmoontlik was om afsonderlik te kweek [27]. Vroeë metanogene verrykings is as 'besmet' beskou en verloor of weggegooi voordat daar 'n waardering was vir gekoppelde metabolisme of 'n begrip van sintrofie. Sintrofie is 'n spesiale geval van mutualistiese metabolisme tussen twee (of meer) organismes [28]. In die strengste sin is 'n sintroof 'n organisme wat nie op sy eie energie kan bewaar nie, maar 'n tweede organisme soos 'n metanogeen benodig om die konsentrasies van substraatomgewing so te handhaaf dat die termodinamiese ewewig genoeg energie laat bewaar om 'n transmembraan-ioon te produseer gradiënt vir ATP-sintese. Metanogene word vermoedelik die metabolisme van fermenterende bakterieë of sintrofiese vennote verbeter deur waterstof- of asetaatfermentasiebyprodukte te verbruik wat, indien konsentrasies te hoog is, uiteindelik groei inhibeer. Om gekoppelde metabolisme te fasiliteer, is waargeneem dat metanogene en bakterieë gelaagde korrelstrukture en matte vorm wat uit onderling verbind pili [29,30] vorm. Die bestudering van metanogene en die metaboliese verhoudings wat hulle met ander mikrobes vorm, het gelei tot beduidende deurbrake in die begrip van sellulêre bio-energetika en metabolisme, soos die ontdekking van sintrofie, en het die potensiaal om te lei tot toekomstige insigte oor bakteriese/argeale metaboliese verwantskappe en interspesie kommunikasie.

'Alien' biochemie en die boom van die lewe

Metanogene vertoon 'n ongewone metabolisme wat steeds uitdaag wat ons weet oor gene, biologiese inligting en die chemie wat selle kan benut om energie te bespaar. Die unieke biochemie van metanogene het kritiese ondersteunende bewyse gelewer dat ribosomale geenhomologie as 'n molekulêre horlosie gebruik kan word om die evolusie en oorerflikheid van lewende organismes te verstaan. Om sy teorie te toets dat 16S ribosomale rRNA-volgordes gebruik kan word om 'n boom van lewe te bou [31], het Carl Woese uitskietermikrobes nodig gehad wat baie verskillende 16S rRNA-volgordes gehad het wat ooreenstemmend biochemies verskil het van ander bekende mikrobes. Ralph Wolfe, 'n kollega aan die Universiteit van Illinois Urbana-Champaign, het sy metanogeenkulture vrywillig aangebied om hierdie hipotese te toets [32]. Daar is nie net gevind dat metanogene baie verskillende 16S rRNA-volgordes het nie, wat Woese se idee ondersteun [33], maar daar is gevind dat metanogene (destyds archaebacteria of metanobacteria genoem) 'n verstommende verskeidenheid nuwe biologiese kenmerke bevat, insluitend isoprenoïede membraanlipiede [34-37 ], S-laag proteïenselwande, of pseudomureïen in plaas van peptidoglikaan [38-40], 'n groot deel van gene wat min tot geen homologie met ander bakteriese geenvolgorde gehad het nie, afsonderlike virusse [41-43], 'n nuwe geneties gekodeerde amino suurpirrolisien [44-47], en verskeie unieke biochemiese kofaktore [48].

Metanogene was instrumenteel in die ondersteuning van Carl Woese se teorie dat lewende organismes in drie domeine in die Boom van Lewe geklassifiseer kan word: die Bakterieë, Archaea en Eukarya. Huidige hipoteses gebaseer op metagenomika van ongekultiveerde genome wat uit mariene ondergrondse omgewings saamgestel is, het 16S rRNA en ander eukariotiese geen-handtekeninge (soos aktien, Ras GTPases en ESCRT vesikulêre smokkelary) wat daarop dui dat candidatus Lokiarchaeon 'n eukarye-metaal-hydrogeno-geen [4] eukarye-hydrogeno-geen [4] 9] eukarye-hydrogeno-geen-handel is. Terwyl bewyse van 'n metiel-S-CoM reduktase mcr geen is opgespoor in die onvolledige metagenoom, gene vir ander metanogenese ensieme, H4MPT-afhanklike koolstoffiksasie, en trikarboksielsuursiklus (TCA) ensieme was die naaste verwant aan metanogeengene (cdhβδε, mtxC korrinoïed metieltransferase, fwdA, en fmdBCDEF formiel-metanofuran dehidrogenases, ftr, mch, mtd, mtrH, mvhADG, hdrABCD, frhB, hippie hidrogenase rypwording ensieme, ATP sintase, fruktose-bisfosfaat aldolase, fosfogliseraat kinase, hidroksipiruvaat reduktase, sucC ATP-sitraat sintase α, acnA akonitaat hidrase, acnA/leuB 3-isopropylmalaat dehidrase, en sdhAB fumaraatreduktase), of is nou verwant aan euryarchaeale gene (meer) [49]. Hierdie ontdekking dui daarop dat die laaste eukariotiese gemeenskaplike voorouer, LECA, kon ontwikkel het uit 'n organisme wat in baie opsigte 'n baie metanogeen-agtige metabolisme gehad het, maar wat die vermoë verloor het om metaan te sintetiseer. In 'n storie wat stadig ontvou, kan ongekultiveerde organismes wat aan die Asgard-superfilum behoort, instrumenteel wees om die argeale en eukaryale domeine te verenig [50,51].

Tans is daar sewe ordes metanogene wat erken word op grond van mcrA en ribosomale geenfilogenie (Tabel 1) [52,53]. Vyf van die metanogeengildes (Metanopyrales, Methanococcales, Methanobacteriales, Methanomicrobiales en Methanocellales) bevat tot dusver net hidrogenotrofiese metanogene, terwyl die Methanomasiliiicoccales-gilde tot dusver gedefinieer word as met verpligte metiel-respirerende metielotrofe methanogens. Die Methanosarcinales het die mees diverse ledetal, met baie lede wat in staat is tot meer as een metanogenese-weg, sowel as verpligte hidrogenotrofiese of verpligte asetoklastiese lede. Drie ordes naverwante Euryarchea (Halobacteriales, Archaeoglobales en Thermoplasmatales) word beskou as ontwikkel uit metanogeen-voorouers, maar het die vermoë om te groei deur metanogenese verloor. Die halofiele archaea is aërobiese heterotrofe wat uit metanogene ontwikkel het, maar geleer het hoe om suurstof as 'n terminale elektronontvanger te gebruik. Hydrogenotrofiese metanogene is waarskynlik oorverteenwoordig in kultuurversamelings omdat anaërobiese heterotrofe geneig is om vinniger te groei en metanogene kan oorkom. Dit is omdat kultuurmedia wat komplekse heterotrofiese koolstofsubstrate bevat die risiko loop om heterotrofe te verryk ten koste van metanogene. Dit versterk die persepsie dat metanogene teen so 'n stadige tempo groei dat dit onprakties is om mee te eksperimenteer. Daar is egter verskeie metanogene wat bekend is om vinnig te groei, met generasietye in die orde van minute (Methanocaldococcus jannaschii, 25 min) tot 'n paar uur (Methanosarcina barkeri, 6 h), wat nie buitensporig lank is vir laboratoriumstudie nie [12,54]. Sommige metanogene is ook geïsoleer wat voedingsbehoeftes toon, soos verhoogde Ni 2+ (vir sintese van Ni-tetrapyrrool F430 kofaktor), of byvoeging van koënsiem M of rumenvloeistof [55-58]. Daarom, terwyl die verryking van nuwe metanogene lang versigtige inspanning kan verg, sodra hulle in akseniese kulture geïsoleer is, kan die groeitempo's dikwels versnel word deur kultuurmedium en groeitoestande te optimaliseer. Verkenning van verskillende kultuurmedia en verbouingstoestande kan nog nuwe metanogeengildes oplewer asook die metaboliese vermoëns van bestaande gildes uitbrei.

Orde . Verteenwoordigende organisme. Metanogenese weë. Kommentaar .
Methanopyrales Methanopyrus kandleriHydrogenotrofies Diepste vertakking
Metanokokke Methanococcus maripaludisHydrogenotrofies Genetiese sisteme
Methanobakterieë Methanobacterium thermoautotrophicumHydrogenotrofies
Methanosarcinales Methanosarcina mazeiHydrogenotrofies, metielotrofies, karboxidotrofies, asetoklasties Grootste argaeale genoom, genetiese stelsels, nou verwant aan ANME-2 metanotrofe
Methanomikrobiale Methanospirillum hungateiHydrogenotrofies
Metanocelle Methanocella paludicolaHydrogenotrofies
Methanomassiliicoccales Methanomassiliicoccus luminyensisMetielotrofies Was ANME-1 metanotrofe
Halobacteriales Halobacterium salinarumGeen, aërobiese halofiele heterotrofe Genetiese sisteme
Termoplasmatales Termoplasma vulkaanGeen, termofiele heterotrofe
Argeoglobale Archaeoglobus fulgidusGeen, anaërobiese sulfaatverminderers
Orde . Verteenwoordigende organisme. Metanogenese weë. Kommentaar .
Methanopyrales Methanopyrus kandleriHydrogenotrofies Diepste vertakking
Metanokokke Methanococcus maripaludisHydrogenotrofies Genetiese sisteme
Methanobakterieë Methanobacterium thermoautotrophicumHydrogenotrofies
Methanosarcinales Methanosarcina mazeiHydrogenotrofies, metielotrofies, karboksiedotrofies, asetoklasties Grootste argaeale genoom, genetiese stelsels, nou verwant aan ANME-2 metanotrofe
Methanomikrobiale Methanospirillum hungateiHydrogenotrofies
Metanocelle Methanocella paludicolaHydrogenotrofies
Methanomassiliicoccales Methanomassiliicoccus luminyensisMetielotrofies Was ANME-1 metanotrofe
Halobacteriales Halobacterium salinarumGeen, aërobiese halofiele heterotrofe Genetiese sisteme
Termoplasmatales Termoplasma vulkaanGeen, termofiele heterotrofe
Argeoglobale Archaeoglobus fulgidusGeen, anaërobiese sulfaatverminderers
Wolfe-siklus stap 2. Reaksie 2. ΔG°′ (kJ mol −1 ) 2 . Ensiem. Energie-omskakeling? 3 .
a CO2 + MFR + 2H + → Formiel-MFR 16 Formiel-metanofuran dehidrogenase, Fmd Nee, maar fisies geassosieer met elektronverdeelde Mvh en Hdr in Methanokokkus
b Formiel-MFR + H4MPT → Formiel-H4MPT + MFR −4.4 Formiel-metanofuran:H4MPT formieltransferase, Ftr Geen
c Formiel-H4MPT + H + → Meteniel-H4MPT + + H2O −4.6 Meteniel-H4MPT siklohidrolase, Mch Geen
d Meteniel-H4MPT + F420H2 → Metileen-H4MPT + F420 + H + 5.5 F420-afhanklike Metileen-H4MPT dehidrogenase, Mtd Geen
d Meteniel-H4MPT + H2 → Metileen-H4MPT + H + −5.5 H2-vormende metileen-H4MPT dehidrogenase, Hmd Geen
e Metileen-H4MPT + F420H2 → CH3-H4MPT + F420−6.2 F420-afhanklike Metileen-H4MPT reduktase, Mer Nee, maar fisies geassosieer met Hdr en Acs/Cdh in Methanosarcina
f CH3-H4MPT + CoM-SH → CH3-S-CoM + H4MPT −30 Metiel-H4MPT: koënsiem M metieltransferase, Mtr Ja, Na + pomp
g CH3-S-CoM + CoB-SH → CoM-S-S-CoB + CH4−45 Metiel-koënsiem M-reduktase, Mcr Geen
h CoM-S-S-CoB + H2 → CoM-SH + CoB-SH −40 Elektronvertakkende hidrogenase:heterodisulfiedreduktasekompleks, Mvh:HdrABC Ja
h CoM-S-S-CoB + 2H + → CoM-SH + CoB-SH −40 (Elektron-verdeeld) ferredoksien:F420:heterodisulfiedreduktase, HdrABC Ja/Nee in M. acetivorans
i H2 + F420 → F420H2 + H + −11 F420-reduserende hidrogenase, Frh Ja, waterstof siklus in Methanosarcina
j H2 + Fdos → H + + Fdrooi22.4 (−2.7) 4 Energie-omskakelende natrium pomp ferredoksienhydrogenase Ja
k H2 + Fdos → H + + Fdrooi22.4 (−2.7) 4 Ferredoksien-verminderende hidrogenase, Eha/Ech Ja
l CoM-S-S-CoB + MPhH2 → CoM-SH + CoB-SH + MPh −4.2 Proton-translokerende metanofenasien:heterodisulfiedreduktase, HdrED Ja
m Na + (in) + H + (uit) → Na + (uit) + H + (in) 0 Natrium-proton antiporter, MrpA Geen
n F420H2 + MPh → F420 + MPhH2−37.6 F420 protonpompende metanofenasienreduktase, Fpo Ja
ADP + Pi → ATP + H2O 30.3 ATP sintase Geen
Wolfe-siklus stap 2. Reaksie 2. ΔG°′ (kJ mol −1 ) 2 . Ensiem. Energie-omskakeling? 3 .
a CO2 + MFR + 2H + → Formiel-MFR 16 Formiel-metanofuran dehidrogenase, Fmd Nee, maar fisies geassosieer met elektronverdeelde Mvh en Hdr in Methanokokkus
b Formiel-MFR + H4MPT → Formiel-H4MPT + MFR −4.4 Formiel-metanofuran:H4MPT formieltransferase, Ftr Geen
c Formiel-H4MPT + H + → Meteniel-H4MPT + + H2O −4.6 Meteniel-H4MPT siklohidrolase, Mch Geen
d Meteniel-H4MPT + F420H2 → Metileen-H4MPT + F420 + H + 5.5 F420-afhanklike Metileen-H4MPT dehidrogenase, Mtd Geen
d Meteniel-H4MPT + H2 → Metileen-H4MPT + H + −5.5 H2-vormende metileen-H4MPT dehidrogenase, Hmd Geen
e Metileen-H4MPT + F420H2 → CH3-H4MPT + F420−6.2 F420-afhanklike Metileen-H4MPT reduktase, Mer Nee, maar fisies geassosieer met Hdr en Acs/Cdh in Methanosarcina
f CH3-H4MPT + CoM-SH → CH3-S-CoM + H4MPT −30 Metiel-H4MPT: koënsiem M metieltransferase, Mtr Ja, Na + pomp
g CH3-S-CoM + CoB-SH → CoM-S-S-CoB + CH4−45 Metiel-koënsiem M-reduktase, Mcr Geen
h CoM-S-S-CoB + H2 → CoM-SH + CoB-SH −40 Elektronvertakkende hidrogenase:heterodisulfiedreduktasekompleks, Mvh:HdrABC Ja
h CoM-S-S-CoB + 2H + → CoM-SH + CoB-SH −40 (Elektron-verdeeld) ferredoksien:F420:heterodisulfiedreduktase, HdrABC Ja/Nee in M. acetivorans
i H2 + F420 → F420H2 + H + −11 F420-reduserende hidrogenase, Frh Ja, waterstof siklus in Methanosarcina
j H2 + Fdos → H + + Fdrooi22.4 (−2.7) 4 Energie-omskakelende natrium pomp ferredoksienhydrogenase Ja
k H2 + Fdos → H + + Fdrooi22.4 (−2.7) 4 Ferredoksien-verminderende hidrogenase, Eha/Ech Ja
l CoM-S-S-CoB + MPhH2 → CoM-SH + CoB-SH + MPh −4.2 Proton-translokerende metanofenasien:heterodisulfiedreduktase, HdrED Ja
m Na + (in) + H + (uit) → Na + (uit) + H + (in) 0 Natrium-proton antiporter, MrpA Geen
n F420H2 + MPh → F420 + MPhH2−37.6 F420 protonpompende metanofenasienreduktase, Fpo Ja
ADP + Pi → ATP + H2O 30.3 ATP sintase Geen

Aangepas vanaf refs [8,66,67]. Let daarop dat die Wolfe-siklus die produk is van studies van die biochemie en genetika van Metanobakterie, Methanokokkus, en Methanosarcina organismes in suiwer kulture. Sommige reaksies (d, h, k) moet deur verskillende ensieme in verskillende metanogeen-afstammelinge gekataliseer word. Sommige reaksies word gekataliseer deur ensieme wat deur veelvuldige geenkopieë op die chromosoom gekodeer word (d.w.s. hidrogenases en metieltransferases), terwyl ander ensieme tipies deur 'n enkele geenkopie gekodeer word (d.w.s. mcr, hdrED). Soos die diversiteit van metanogeen-isolate toeneem, kan ons verwag dat die Wolfe-siklus sal uitbrei om breër metaboliese veelsydigheid van metanogene te weerspieël.

Reaksies genoem in die hidrogenotrofiese metanogenese-konvensie.

Sien Figuur 2 om te bepaal of die reaksie energiebesparend of energieverbruikend is.

Aanvaar dieselfde poliferredoksien as in stap a met 'n redokspotensiaal van -530 mV. Waardes tussen hakies wys die ΔG° as die poliferredoksien 'n meer tipiese redokspotensiaal van −400 mV het.

Faktore wat metanogeengroei beperk.

In 'n geslote sisteem soos in verseëlde anaërobiese glaskultuurbuise, kan die metaboliese produktiwiteit van enige organisme geskat word deur die Gibbs se vrye energie (ΔG°′) van die tempo-beperkende biochemiese transformasies wat plaasvind. Vir die meeste metanogene is dit C en/of H2 metabolisme. Ander faktore, soos fisiese stres (pH, temperatuur en wateraktiwiteit) en netto metabolietvloede, beïnvloed ook bevolkingsgroei deur die entropie van die selstelsels te verhoog, en oefen dus 'n negatiewe vektor op Δ uitG°′ en lei tot verhoogde BEQ. Laastens beïnvloed inligtingsentropie in die vorm van ruimtelike organisasie, geeninhoud en geenregulering ook of selle chemiese energie optimaal in biomassa omskakel. Aan die ekstremum is nie-groeiende diffusie-beheerde selstelsels en aan die ander is kompakte vastestofselle waarin metabolisme vloedbeheer word. Rooi, netto entropie (chemies, inligting) blou, spesifieke groeitempo.

In 'n geslote sisteem soos in verseëlde anaërobiese glaskultuurbuise, kan die metaboliese produktiwiteit van enige organisme geskat word deur die Gibbs se vrye energie (ΔG°′) van die tempo-beperkende biochemiese transformasies wat plaasvind. Vir die meeste metanogene is dit C en/of H2 metabolisme. Ander faktore, soos fisiese stres (pH, temperatuur en wateraktiwiteit) en netto metabolietvloede, beïnvloed ook bevolkingsgroei deur die entropie van die selstelsels te verhoog, en oefen dus 'n negatiewe vektor op Δ uitG°′ en lei tot verhoogde BEQ. Laastens beïnvloed inligtingsentropie in die vorm van ruimtelike organisasie, geeninhoud en geenregulering ook of selle chemiese energie optimaal in biomassa omskakel. Aan die ekstremum is nie-groeiende diffusie-beheerde selstelsels en aan die ander is kompakte vastestofselle waarin metabolisme vloedbeheer word. Rooi, netto entropie (chemies, inligting) blou, spesifieke groeitempo.


UKkennis

Vir verskeie groepe organismes is veelvuldige genome óf volledig óf tot die onvoltooide haelgeweervolgorde-fase bepaal. Vergelykende volgorde-analise kan funksionele volgorde-elemente identifiseer vir pare organismes wat ver genoeg in die verlede gedivergeer het om mutasie-dryf van nie-gekonserveerde volgordes moontlik te maak. Terwyl ontleding van 'n paar genome baie van hierdie funksionele elemente identifiseer, kan addisionele genome bygevoeg word om bykomende inligting te verkry.

Addisionele bewaarde volgorde-elemente word geïdentifiseer soos bykomende genome ontleed word. Hierdie bewaarde volgorde-elemente is dikwels regulatoriese elemente, hoewel dit moeilik is om mee te klassifiseer in silico ontleding. Vir 'n individuele geen bied die stel geassosieerde bewaarde volgorde-elemente en die organismes waarin hulle gevind word insig in die evolusionêre geskiedenis van die regulering van die geen.

Die agt volledige en onvoltooide haelgeweervolgorde-aalwurmgenome en die dosyn insiggewende insekgenoomvolgorde is gebruik om bewaarde nie-koderende volgordes in hierdie groepe organismes te ontleed. Ek het webgebaseerde sagteware ontwikkel om navorsers in staat te stel om volgordebewaring te verken en te visualiseer wat verskil van vorige werk in die ontleding van bewaarde volgordes in elke paar organismes eerder as met betrekking tot 'n enkele verwysingsgenoom.

Ons het hierdie analise gebruik om geen-regulerende grense in die nematode te identifiseer C. elegans. Die genome van C. elegans en ander aalwurms het genoeg uiteengesit dat sinteniestreke tipies een of twee gene lank is. Ek was in staat om bewaarde volgorde-elemente te assosieer met spesifieke gene wat die natuurlike grense tussen gene en die omvang van wurmpromotors identifiseer.


Die krag van gene, en die lyn tussen biologie en lot

Terwyl navorsers werk om die menslike genoom te verstaan, bly daar baie vrae, insluitend miskien die mees fundamentele: Hoeveel van die menslike ervaring word bepaal voordat ons reeds gebore is, deur ons gene, en hoeveel is afhanklik van eksterne omgewingsfaktore?

Onkoloog Siddhartha Mukherjee vertel Vars lug Terry Gross die antwoord op daardie vraag is ingewikkeld. “Biologie is nie die lot nie,” verduidelik Mukherjee. "Maar sommige aspekte van biologie - en in werklikheid sommige aspekte van die lot - word baie sterk deur gene beveel."

Die mate waarin biologie ons lewens beheer, is die onderwerp van Mukherjee se nuwe boek, Die Gene. Daarin vertel hy die geskiedenis van genetika en ondersoek hy die rolle wat gene speel in faktore soos identiteit, temperament, seksuele oriëntasie en siekterisiko.

Meer met Siddhartha Mukherjee

Skrywer Onderhoude

'N Onkoloog skryf ''n Biografie van kanker'

Mukherjee merk op dat genetika ons begrip van ontelbare siektes, insluitend skisofrenie en kanker, fundamenteel verander. “Ons het vroeër aan siekte gedink as iets wat gebeur het aan ons," sê hy. "Genetika stel ons in staat om regtig aan siekte te begin dink as iets wat gebeur as gevolg van ons interaksie met die omgewing. . Nie almal nie, maar baie, baie [siektes] is akuut afhanklik van die kruising tussen gene en die omgewing."

Onderhoud Hoogtepunte

Om te verstaan ​​hoe sommige siektes meer geneties is as wat ons oorspronklik gedink het

Daar is 'n spektrum, so ek sal met die een kant van die spektrum begin en my pad na die ander kant toe werk. Kom ons begin dus met sistiese fibrose of Huntington se siekte, waar ons weet dat die invloed van genetika uiters sterk is, amper outonoom. Dit beteken dat as jy die abnormale weergawe, of die gemuteerde weergawe, vir een van hierdie twee siektes erf, die kanse dat jy daardie siekte sal hê baie groot is. In genetika gebruik ons ​​'n woord hiervoor genoem "penetrasie," hierdie siektes is hoogs penetrerende.

Koop Uitstalboek

Jou aankoop help om NPR-programmering te ondersteun. Hoe?

Iewers in die middel is siektes soos diabetes of hartsiektes. Hier is daar steeds 'n kragtige invloed van gene. Trouens, ons ken sommige van hierdie gene, maar dit is 'n interaksie tussen veelvuldige gene en die omgewing.

Dan, aan die verste punt van die spektrum is daar dinge wat 'n mens jou kan voorstel, dinge soos aansteeklike siektes waar . daar is duidelik 'n invloed van gene. Ons weet nou dat as jy sekere genetiese kombinasies het of as jy sekere gene erf, jou vatbaarheid vir MIV, byvoorbeeld, kan verander, of jou vatbaarheid vir griep kan verander, al is dit aansteeklike patogene. Maar dit lê in soort van 'n ander area, waar die interaksie tussen jou en die patogeen, of jou en die omgewing baie, baie meer akuut is.

Oor hoe genetika hoe ons oor kanker dink en behandel, verander

Daar is 'n aansienlike mate van herorganisasie in die manier waarop ons fundamenteel dink oor kanker wat tans aan die gang is, sommige daarvan verwant of 'n groot deel daarvan verwant deur genetika. As jy na die mutasies in individuele kankers kyk, kan jy eintlik vind dat 'n longkanker 'n mutasie dra wat dit deel met, kom ons sê, borskanker, of dit deel 'n mutasie wat dit met leukemie deel.

Die vraag wat tans in die veld gevra word, wat 'n belangrike vraag is, is . moet ons hierdie ou anatomiese klassifikasie van kanker herorganiseer, jy weet, longkanker, borskanker, en dit 'n bietjie [meer] baseer op 'n soort gemengde klassifikasie? Ja, jy sê "borskanker, wat die volgende mutasies het."

My algehele indruk is dat die anatomiese klassifikasie nie gaan verdwyn nie. Ek dink daar is baie belangrike dinge wat die anatomie bepaal - daar is gene wat spesifiek vir borskanker is, daar is gene wat spesifiek vir longkanker is. Maar dit gaan baie verfyn word, en ons sien dit reeds met genetika. So ons gaan sê, "longkanker, maar met genetika of gene wat sommige dinge met leukemie deel." Ons kan in werklikheid hierdie twee kankers soortgelyk behandel.

Oor die teiken van weë van kanker

Die eenvoudige analogie wat ek graag maak, is dat ons nou van kanker weet dat selfs wanneer 'n enkele geen gemuteer is, dit selde kanker veroorsaak. Daar is 'n paar gevalle, maar dit veroorsaak selde kanker. Jy het veelvuldige gemuteerde gene in 'n enkele sel nodig om kankeragtig te word, en hierdie gemuteerde gene maak produkte, proteïene, en hulle koöpteer die normaliteit van 'n sel, en hulle skep soort van 'n soort fluisterveldtog, waarin hulle - kies die gedrag van die sel, en nou begin die sel abnormaal optree, abnormaal verdeel, abnormaal metaboliseer, wat uiteindelik lei tot kanker.

Die idee van 'n pad is dat as jy aan hierdie individuele mutasies op sigself dink, jy kan dink dat daar oneindige getalle kombinasies is, op oneindige verskillende maniere. Een persoon het een kombinasie, 'n ander persoon het 'n ander, maar die punt hier is dat wat ek 'n "fluisterveldtog" genoem het, die interne netwerk van hierdie is dikwels redelik algemeen tussen uiteenlopende individue. En dus eerder as om op individuele mutasies te fokus, wat baie uiteenlopend kan wees en kan veroorsaak dat ons deurmekaar raak, kan ons fokus op . die kern dinge, kernnetwerke, as 't ware, wat die abnormale gedrag van 'n kankersel lei, en teiken dit met behulp van 'n dwelm.

Op die nuwe tegnologie wat dokters toelaat om veranderinge aan selle te maak

Die maak van genetiese veranderinge in selle was vroeër baie ingewikkeld. Ons kon vroeër virusse gebruik en sommige gene in die selle aflewer. Ons kon vroeër mutasies maak deur selle aan byvoorbeeld X-strale bloot te stel. Maar as jy my 10 jaar gelede sou vra: "Kan jy hierdie een spesifieke geen in 'n sel verander?" Ek sou sê: "Ek kan dit doen, maar dit is redelik moeilik om te doen."

Siddhartha Mukherjee is 'n kankergeneesheer en navorser. Sy vorige boek, Die keiser van alle kwale: 'n biografie van kanker, het in 2011 ’n Pulitzer-prys gewen. Scribner versteek byskrif

Siddhartha Mukherjee is 'n kankergeneesheer en navorser. Sy vorige boek, Die keiser van alle kwale: 'n biografie van kanker, het in 2011 ’n Pulitzer-prys gewen.

Wat die afgelope vyf jaar gebeur het, is . hierdie tegnologie het ons op 'n verstommende manier in staat gestel om in 'n normale sel of 'n kankersel in te gaan, selfs moontlik 'n embrioniese stamsel, en in wese rigting- of doelbewus 'n mutasie in 'n enkele geen, op 'n opsetlike wyse te maak.

Ek het hierdie tegnologie vergelyk om te sê, jy weet, dit is soos om te sê as jy die menslike genoom voorstel as 'n groot ensiklopedie. wat hierdie tegnologie ons toelaat om te doen, in wese, is om in te gaan op daardie 66 hele stelle van die Encyclopaedia Britannica en identifiseer een woord daarin en verander daardie woord en laat die meeste van die res van die ensiklopedie onaangeraak. Ek sê "die meeste van die res," want daar is nog 'n paar kollaterale effekte. .

Maar wat dit jou toelaat om te doen, is dat jy een woord kan uitvee en dit met 'n effens ander woord vervang. Dit is hoe kragtig die tegnologie is, en daarom kan jy my nou vra, wat jy my nie vyf jaar gelede kon vra nie: "Is dit maklik om 'n rigting- of opsetlike verandering in 'n sel te maak?" Die antwoord, sou ek sê, "oneindig makliker vandag."

Oor die etiese oorwegings wat verband hou met die werk met die mens genoom

Die grootste etiese vrae is moet ons met die menslike genoom peuter terwyl ons nog nie baie daarvan weet nie? Moet ons menslike gene verander? En dit lei tot die vraag wat is siekte? Wat is 'n genetiese siekte?

In Gene, Ek bied 'n eenvoudige formulering aan waaroor ons dalk kan dink. een vraag waaraan jy dalk dink, is: "Ons gaan 'n paar genetiese materiaal verander - is ons seker dat die voordele die risiko swaarder weeg? Is daar werklik buitengewone lyding wat met daardie siekte geassosieer word?" .

Die frase "buitengewone lyding" . een persoon se buitengewone lyding [is dalk nie] 'n ander persoon se buitengewone lyding, maar ten minste kan ons die woord "buitengewoon" gebruik om te sê dat dit nie 'n toevallige tegnologie is nie, ons behoort dit natuurlik nie te gebruik om die vorm van oë of die kleur van hare ensovoorts.

Oor hoe ver die wetenskap gekom het om 'n "gay geen" te isoleer

As jy 'n identiese tweeling, manlike tweeling, neem, is die kans dat hierdie manlike tweeling 'n seksuele oriëntasie sal deel, baie groter as byvoorbeeld broers en susters. Nou, wat sê dit vir ons? Dit sê vir ons dat daar genetiese determinante kan wees, omdat identiese tweelinge presies dieselfde genoom het, kan daar genetiese determinante wees wat 'n mens se seksuele oriëntasie bepaal. Daardie getal, hoeveel hulle deel, is nie 100 persent nie.

So met ander woorde, as een tweeling gay is, sal die ander tweeling nie noodwendig gay wees nie. Dit is nie 100 persent presies dieselfde nie, so ons weet dat óf gene óf inter-uteriene blootstelling, of 'n paar ander faktore, omgewings, 'n kragtige uitwerking hierop het - die samelewing, kultuur het 'n kragtige uitwerking hierop. Maar ons weet ook dat daar ten minste 'n paar gene betrokke moet wees, en as jy noukeurig na die patrone kyk, is dit duidelik dat . dit is nie een enkele "gay geen" wat waarskynlik verskeie gene betrokke is nie. Ek hou nie eens van daardie term, "gay gene" nie, ek dink dit is baie misleidend as 'n idee. Dit is 'n geen wat seksuele voorkeur beïnvloed. Die meeste van hierdie werk is natuurlik by mans gedoen. Daar is baie, baie min bewyse by vroue.

Ons weet daar is 'n paar genetiese determinante. wat betrokke is. Wanneer mense na daardie genetiese determinante gaan soek het, het die jag nogal nie so duidelik gekom nie. . Die opsomming is basies dat ons tot dusver nie gevind het nie, soos ek gesê het, ek hou nie van die woord of die frase nie, ons het nie 'n "gay geen" gevind nie, en dit is onwaarskynlik dat ons een sal vind. . Soos baie verskynsels in menslike identiteit, sal daar verskeie genetiese determinante wees wat in wisselwerking met omgewings is, maar dit is baie belangrik om duidelik te wees oor hierdie idees, want anders val ons in taal wat alles verkeerd en verkeerd is, en dan kweek jy net onsinnige kontroversie.

Om meer te hoor van Terry Gross se gesprek met Siddhartha Mukherjee, insluitend Mukherjee se benadering epigenetika, die BRCA1-geen en sy familiegeskiedenis van skisofrenie, klik die "luister"-skakel bo-aan die bladsy.


DNA bepaal jou voorkoms!

DNA bevat al die inligting wat nodig is om jou liggaam te bou. Het jy geweet dat jou DNA dinge bepaal soos jou oogkleur, haarkleur, lengte, en selfs die grootte van jou neus? Die DNA in jou selle is verantwoordelik vir hierdie fisiese kenmerke sowel as baie ander wat jy binnekort sal sien.

Dit blyk dat die DNS in jou liggaam amper direk van jou ma en pa af gekom het. As jou DNA van jou ouers af kom en DNA bepaal jou voorkoms, hoekom lyk jy nie presies soos jou ma of pa nie?

Die rede is dat jou DNA 'n mengsel van jou ma en pa se DNA is. Dit is hoekom sommige van jou fisiese kenmerke na jou ma s'n kan lyk, terwyl sommige na jou pa s'n kan lyk. Die helfte van die DNA wat gebruik word om jou liggaam te skep, het van jou ma af gekom terwyl die ander helfte van jou pa af gekom het. Sommige van jou kenmerke lyk dalk niks soos jou ma of pa s’n nie, ons sal sien hoekom dit in die aktiwiteit voorkom.

Menslike DNA kom in 23 pare pakkette genoem chromosome. Hierdie chromosome is groot bondels diggepakte DNS. Jou ma en pa skenk elk 23 chromosome, wat saamgevoeg word om vir jou jou volle stel van 23 chromosome te gee.

Binne hierdie 23 pare chromosome is daar sekere afdelings wat verskillende fisiese kenmerke bepaal. Hierdie dele van DNS bevat inligting wat bepaal dat jou fisiese kenmerke genoem word gene. Aangesien jy twee pare chromosome het, het jy ook twee pare gene, een van jou pa en een van jou ma. Hierdie pare gene bepaal dan sekere fisiese kenmerke of eienskappe.

Die gene wat jy nou in jou liggaam het, maak jou uit genotipe. Hierdie genotipe bepaal dan jou fisiese voorkoms, wat jou genoem word fenotipe.

In hierdie aktiwiteit sal jy twee stelle chromosome kry. Een stel is gemerk manlike chromosome terwyl een is gemerk vroulike chromosome. Jy sal hierdie chromosome van bo jou kop laat val en hulle sal ewekansig op verskillende maniere meng en jou 'n genotipe gee. Van hierdie genotipe sal jy dan die gedetailleerde instruksies hê om 'n skets van 'n menslike gesig te maak.

Voordat jy begin, moet jy nog 'n paar dinge weet oor hoe gene jou voorkoms bepaal. Gene kan in twee verskillende vorme of allele kom. 'n Geen kan óf dominant óf resessief wees. In hierdie aktiwiteit verskyn dominante vorme van 'n gene in hoofletters terwyl resessiewe vorme van 'n geen in kleinletters voorkom.

Aangesien jy een geen van jou ma en een van jou pa vir elke eienskap kry, kan jy 'n kombinasie van dominante en r essiewe gene vir elke eienskap hê. Wanneer beide vorme van 'n geen dieselfde is (óf albei dominant óf albei resessief) word gesê dat jy homosigoties vir daardie eienskap. As jy een dominante geen en een resessiewe geen het, word gesê dat jy dit is heterosigoties vir daardie eienskap.

Een laaste ding voor jy met die aktiwiteit begin. Soos jy in die aktiwiteit sal sien, wanneer jy die dominante vorm van 'n geen ontvang, hetsy homosigoties of heterosigoties, sal jy die dominante vorm van die geen uitdruk. Jy sal slegs die resessiewe vorm van die geen uitdruk as jy die resessiewe vorm van albei jou ouers ontvang, en dus homosigoties vir die resessiewe vorm wees.

Ten slotte behoort hierdie inligting jou die basiese beginsels te verskaf van hoe voorkoms deur DNS bepaal word. As jy 'n bietjie verward is, volg die stappe van die aktiwiteit en baie konsepte hierbo sal gesien word. Deur die aktiwiteit uit te voer, sal jy presies kan sien wat bedoel word met sommige van die terme hierbo genoem. Sterkte met die skep van jou nageslag!

In hierdie aktiwiteit sal ons:

  • Skep 'n genotipe vir 'n individu deur die ch romosome van 'n mannetjie en 'n wyfie te koppel
  • Maak 'n skets van 'n gesigsprofiel (phe notype) van die genotipe wat jy geskep het
  • Leer 'n paar terme en konsepte wat met genetiese oorerwingsmateriaal geassosieer word
  • Stel van 23 manlike chromosome (voorsien aan die einde van hierdie aktiwiteit)
  • Stel van 23 vroulike chromosome (verskaf aan die einde van hierdie aktiwiteit)
  • Genotipe-omskakelingskaart (verskaf d aan die einde van hierdie aktiwiteit)
  • Skêr
  • Band
  • Leë vel papier
  • Potlood • Uitveër
  • Kleurpotlode, merkers of kryte

Veiligheid

Hierdie aktiwiteit vereis die gebruik van skerp skêr om die chromosome uit te sny. Wees versigtig wanneer u 'n skêr gebruik. Vra 'n volwassene om jou te help indien nodig.

Voorbereiding

  • Druk al 23 manlike chromosome uit
  • Druk al 23 vroulike chromosome uit
  • Versamel alle ander materiaal Aktiwiteit
  • Knip alle manlike en vroulike chromosome uit wat jy uitgedruk het. Elke chromosoom wat jy uitsny moet twee van dieselfde letters (een hoofletter en een kleinletter) bo-op en twee dieselfde syfers aan die onderkant hê. Moenie langs die lyn tussen twee soortgelyke getalle sny nie! Wees versigtig om nie jouself te sny wanneer jy die skêr gebruik nie.
  • Vou langs die lyn wat elkeen van die letters en syfers skei sodat een letter en een nommer aan weerskante sigbaar is wanneer die stuk papier gevou word.
  • Plaas 'n stuk band tussen die letters en syfers sodat die stuk papier in die helfte gevou bly.
  • Neem al 23 manlike chromosome en al 23 vroulike chromosome en plaas dit in 'n boks of groot bak.
  • Skud die chromosome sodat dit goed meng.
  • Lig die chromosome bo jou kop op en mors dit op die vloer uit.
  • Sonder om enige van die chromosome om te draai, stel chromosome van dieselfde getal langs mekaar in lyn. Jy sal een manlike en een vroulike chromosoom hê vir elke getal van een tot drie-en-twintig, wat jou dus 23 pare chromosome gee. Die letters op elk van die chromosome sal jou genotipe wees. Hierdie letters verteenwoordig elkeen 'n geen. Onthou dat hoofletters dominante gene verteenwoordig en kleinletters verteenwoordig resessiewe gene.
  • Voordat jy enige fisiese kenmerke vind, kyk na die paar chromosome met 'n nommer 23. Chromosoom # 23 bepaal die geslag van jou individu. Gebruik die genotipe-omskakelingskaart en vind uit of jou individu manlik of vroulik is. Volgens die grafiek, as die twee letters wat na bo wys X en X is, sal jou individu vroulik wees. As die twee letters wat na bo wys X en Y is, sal jou individu manlik wees.
  • Kyk nou na chromosoom #1, en verwys na die genotipe-omskakelingstabel.
  • Soos die grafiek aandui, bepaal chromosoom #1 kopvorm. Die twee letters op chromosoom #1 verteenwoordig die genotipe. As die letters wat na bo wys, S en S of S en s is, sal die kopvorm ovaal wees. As die letters wat na bo wys s en s is, sal die kopvorm rond wees.
  • Gebruik 'n potlood en skets die kopvorm wat jou genotipe aandui.
  • Gaan voort na chromosoom #2. Gebruik die genotipe-omskakelingskaart en bepaal wat die kenvorm sal wees.
  • Volg dieselfde prosedure vir al 23 pare chromosome.
  • Wanneer jy by chromosoom 12 kom, sal jy sien dat oogkleur deur meer as een chromosoom bepaal word. Jy sal na die letters van chromosome 12, 13, 14 en 15 moet kyk om die oogkleur te bepaal. Tel die totale aantal Hoofletter E's en kleinletters E's op en vergelyk dit met die genotipe-omskakelingskaart. Byvoorbeeld, as jy 8 hoofletter E's van chromosome 12-15 het, sal jou individu swart oë hê.
  • Jy sal sien dat haarkleur ook deur gene op meer as een chromosoom bepaal word.
  • Voltooi 'n skets van jou individu deur die genotipe-omskakelingskaart te gebruik. Jy het pas kenmerke van 'n individu geskep deur DNA net soos die menslike liggaam te gebruik
    doen!
  • Het jy iets oor hierdie aktiwiteit opgemerk wat nie korrek lyk nie? Wenk: kyk na die genotipes van die ouers.

Uitbreidingsaktiwiteit

  • Jy kan meer nageslag skep deur die chromosome te meng en weer op die vloer te mors.
  • Jy sal sien hoe verskillende kombinasies van gene (genotipes) 'n ander voorkoms (fenotipe) sal lewer.
  • Soek die terme poligenies, intermediêre uitdrukking, kodominansie en pleiotropie op. Kyk of jy hierdie terme kan koppel aan wat in hierdie aktiwiteit gesien is.

Afsluit

Na hierdie aktiwiteit behoort jy in staat te wees om te verstaan ​​hoe DNS jou voorkoms bepaal. Onthou DNS word in chromosome gekondenseer. Jy het 23 pare chromosome, 23 van jou ma en 23 van jou pa. Binne hierdie chromosome is daar afdelings wat gene genoem word wat spesifieke eienskappe of eienskappe beheer. Hierdie gene het beide 'n dominante en resessiewe vorm. As jy twee dominante of twee resessiewe gene vir 'n gegewe eienskap het, word gesê dat jy homosigoties is vir daardie eienskap. As jy een dominante en een resessiewe vorm van 'n geen het, word gesê dat jy heterosigoties is vir daardie eienskap. Die dominante vorm van 'n geen sal altyd uitgedruk word terwyl die resessiewe vorm van 'n geen slegs uitgedruk sal word as jy twee resessiewe vorms het. Dit is die algemene reëls van hoe eienskappe van jou ouers geërf word. Daar is egter baie uitsonderings op hierdie reël, wat vandag nog deur wetenskaplikes ondersoek word!

'n Nota oor hierdie aktiwiteit wat jy moet weet, is dat chromosome baie meer as een geen dra. Daar is duisende gene wat binne die 23 pare menslike chromosome gedra word. Daar was net een geen per chromosoom in hierdie aktiwiteit om dit eenvoudiger te maak. Die vraag wat aan die einde van die aktiwiteit gestel word, het wel 'n eenvoudige antwoord. Die genotipes vir beide ouers was almal heterosigoties. In die werklike lewe sal ouers heterosigoties en homosigoties wees vir sommige eienskappe net soos jou nageslag was. Laastens beteken die term poligenies dat meer as een geen uitkoms bewerkstellig (Gesien in haar- en oogkleur in hierdie aktiwiteit). Intermediêre uitdrukking beteken dat daar 'n vermenging van kenmerke in die heterosigotiese toestand is (Gesien in die voorkoms van sproete in hierdie aktiwiteit). Kodominansie beteken dat beide dominante en resessiewe gene afsonderlik uitgedruk word. Dit word nie in hierdie aktiwiteit gesien nie, maar word gesien in menslike bloedgroep. Pleiotropie beteken dat 'n enkele geen verantwoordelik is vir baie eienskappe.


Die skakel met genetika

Met hierdie idee in gedagte het 'n internasionale span navorsers onder leiding van Brendan Zietsch van die Universiteit van Queensland, Australië, vergader byna 'n halfmiljoen genetiese profiele van die UK Biobank en die Kaliforniese maatskappy 23andMe, en het hulle aan 'n genoomwye assosiasiestudie (GWAS) onderwerp om genetiese variante te probeer identifiseer wat aan homoseksuele gedrag by beide mans en vroue gekoppel kan word.

Die studie, gepubliseer in Wetenskap in 2019, vind dat “selfdegeslaggedrag nie deur een of 'n paar gene beïnvloed word nie, maar baie.” Die artikel identifiseer vyf chromosomale streke waarvan die variante met 'n meer beduidende frekwensie voorkom in proefpersone wat gesê het dat hulle dieselfde- seks verhoudings. Die navorsers waarsku dat die verband tussen genetika en homoseksuele gedrag steeds baie kompleks is, aangesien die variante tussen mans en vroue verskil, sonder om ook 'n verband tussen die teenwoordigheid van meer of minder van hierdie gene en 'n groter of mindere verhouding van homoseksuele verhoudings op te spoor. .

Die skakel is nie net kompleks nie, maar ook swak. Volgens Zietsch en sy medewerkers is die invloed van die gene wat ontdek is tussen 8% en 25%, wat beteken, soos die navorser bevestig het. Oopkop, dat tussen 75% en 92% van homoseksuele gedrag nie van genetiese komponente afhanklik is nie. Dit impliseer egter nie dat daar geen ander biologiese faktore betrokke is nie. Zietsch sinspeel op 'n idee wat tans deur talle kenners gekyk word: “Prenatale hormonale konsentrasies in die baarmoeder word veronderstel om seksuele oriëntasie te beïnvloed.” Daarteenoor is daar absoluut geen aanduiding van 'n opvoedkundige invloed nie.

Maar as daar een ding is wat die skrywers van die studie beklemtoon, is dit dat die genetiese variante wat geïdentifiseer is “nie sinvolle voorspelling van 'n individu se seksuele gedrag toelaat nie.” En tog, kort na die publikasie van die koerant, 'n maatskappy genaamd Insolent AI het 'n toepassing bekendgestel genaamd: Hoe gay is jy? wat beweer dat 'n persoon’s graad van homoseksualiteit te voorspel gebaseer op hul genetiese profiel en in ooreenstemming met die studie data. Die toepassing het wydverspreide afstoot ontlok en is teruggetrek nadat die genetikus Joseph Vitti van die Broad Institute of Harvard—een van die instansies wat aan die studie deelneem—'n petisie op change.org begin het vir die uitskakeling daarvan.


Aantal gene gekoppel aan lengte wat deur studie aan die lig gebring is

Die grootste genoomwye assosiasiestudie (GWAS) tot nog toe, wat meer as 300 instellings en meer as 250 000 proefpersone betrek het, verdubbel ongeveer die aantal bekende geenstreke wat hoogte beïnvloed tot meer as 400. Die studie, van die internasionale Genetiese Ondersoek van Antropometriese Eienskappe (GIANT) Konsortium, bied 'n beter blik op die biologie van hoogte en bied 'n model vir die ondersoek van eienskappe en siektes wat veroorsaak word deur baie algemene geenveranderinge wat saam optree.

Bevindinge is aanlyn gepubliseer 5 Oktober deur Natuur Genetika.

"Hoogte word amper heeltemal deur genetika bepaal, maar ons vroeëre studies kon net sowat 10 persent van hierdie genetiese invloed verduidelik," sê Joel Hirschhorn, MD, PhD, van Boston Children's Hospital en die Broad Institute of MIT en Harvard, leier van die GIANT-konsortium en mede-senior ondersoeker oor die studie. "Nou, deur die aantal mense in ons studie te verdubbel, het ons 'n baie meer volledige prentjie van hoe algemene genetiese variante hoogte beïnvloed - hoeveel van hulle daar is en hoeveel hulle bydra."

Die GIANT-ondersoekers, wat in die honderde getel is, het data van die genome van 253 288 mense gedeel en ontleed. Hulle het ongeveer twee miljoen algemene genetiese variante nagegaan (dié wat in ten minste 5 persent van hul vakke verskyn het). Uit hierdie poel het hulle 697 (in 424 geenstreke) vasgepen as verwant aan lengte, die grootste getal tot nog toe wat met enige eienskap of siekte verband hou.

"Ons kan nou ongeveer 20 persent van die oorerflikheid van hoogte verduidelik, teenoor ongeveer 12 persent waar ons voorheen was," sê mede-eerste skrywer Tonu Esko, PhD, van Boston Children's Hospital, die Broad Institute en die Universiteit van Tartu (Estland) ).

"Die studie vernou ook die genomiese streke wat 'n aansienlike deel van die oorblywende variasie bevat - om ontdek te word met selfs groter steekproefgroottes," voeg mede-senior ondersoeker Peter Visscher, PhD, van die Universiteit van Queensland, Australië, by.

Groter grootte, groter krag

Hoogte is 'n model eienskap om te verstaan ​​hoe menslike genetika werk - veral vir eienskappe wat deur nie een geen, maar baie geproduseer word. Hoogte is maklik om te meet, en 'n geskatte 80 persent van variasie in hoogte is geneties.

Vorige grootskaalse genoomwye assosiasiestudies (GWAS) het aangedui dat 'n groot aantal gene hoogte beïnvloed, en het voorgestel dat die meerderheid van oorerflikheid afkomstig is van algemene genetiese variante, nie seldsames nie. Omdat steekproefgroottes nie groot genoeg was om definitiewe gevolgtrekkings te maak nie, het die GIANT-span die grootste steekproef tot nog toe gebou.

“Wanneer jy die steekproefgrootte verdubbel en jou statistiese krag vergroot, kan jy nuwe ontdekkings maak,” sê Hirschhorn. "Ons resultate prioritiseer baie gene en weë as belangrik in skeletgroei tydens die kinderjare. Sonder 'n hoogs samewerkende model, is daar geen manier waarop ons hierdie werk gedoen kan kry nie."

Die navorsers glo dat hul resultate kritici van bevolkingskaal GWAS beantwoord, wat aangevoer het dat die verhoging van die steekproefgrootte afnemende opbrengste of resultate wat betekenisloos word, oplewer.

"In 2007 het ons die eerste artikel gepubliseer wat die eerste algemene lengte geen geïdentifiseer het, en ons het nou byna 700 genetiese variante geïdentifiseer wat betrokke is by die bepaling van hoogte," sê mede-senior ondersoeker Timothy Frayling, PhD, van die Universiteit van Exeter, VK. "Ons glo dat groot genetiese studies soortgelyke ryk lyste in 'n verskeidenheid ander eienskappe kan oplewer."

Die biologie van hoogte

Baie van die 697 hoogteverwante genetiese variante was naby gene wat bekend is dat hulle betrokke is by groei geleë, maar daar was ook baie verrassings.

"Daar was 'n paar paaie wat ons geweet het belangrik was, maar wat nie in vorige GWAS uitgekom het nie," sê Hirschhorn, wat ook 'n endokrinoloog by Boston Children's is. "Baie van die gene wat ons geïdentifiseer het, is waarskynlik belangrike reguleerders van skeletgroei, maar dit was nie bekend dat hulle tot nou betrokke was nie. Sommige kan ook verantwoordelik wees vir onverklaarbare sindrome van abnormale skeletgroei by kinders. Soos jy die steekproef vergroot, kan jy kry meer biologie."

Byvoorbeeld, die mTOR-geen is welbekend om betrokke te wees by sellulêre groei, maar was nie voorheen verbind met menslike skeletgroei nie. Ander gene wat as belangrik bevestig is, sluit in gene betrokke by metabolisme van kollageen ('n komponent van been) en chondroïtiensulfaat ('n komponent van kraakbeen), sowel as netwerke van gene wat aktief is in groeiplate, die area van groeiende weefsel naby die punte van die lang bene. Nog ander gene dui op biologie wie se verhouding met lengte nog nie bekend is nie.

Onder GIANT se toekomstige doelwitte is om te kyk na variante wat teen laer as 5 persent frekwensie voorkom, en om te kyk vir variante in die nie-proteïenkoderende gedeeltes van gene.


Neurale buis onderafdelings

Vier neuraalbuis-onderafdelings ontwikkel uiteindelik tot afsonderlike streke van die sentrale senuweestelsel deur die verdeling van neuro-epiteelselle: die prosensefalon, die mesenfalon, die rombencefalon en die rugmurg. Die prosensefalon ontwikkel verder in die telencephalon (die voorbrein of serebrum) en die diencephalon (die optiese vesikels en hipotalamus). Die mesencephalon ontwikkel in die middelbrein. Die rombencephalon ontwikkel in die metencephalon (die pons en serebellum) en die myelencephalon (die medulla oblongata).

Vir 'n kort tydjie is die neurale buis beide kraniaal en caudaal oop. Hierdie openinge, genoem neuroporieë, sluit gedurende die vierde week in die mens. Onbehoorlike sluiting van die neuroporieë kan lei tot neuraalbuisdefekte soos anenfalie of spina bifida. Die dorsale deel van die neuraalbuis bevat die alarmplaat, wat hoofsaaklik met sensasie geassosieer word. Die ventrale deel van die neurale buis bevat die basale plaat, wat hoofsaaklik geassosieer word met motoriese (d.w.s. spier) beheer.


Gene is nie die enigste ding wat eienskappe bepaal nie

Ongeag hoe kompleks gene is, hulle doen een ding: gee die liggaam opdrag watter dele om te maak en wanneer. Nie alle gene word spesifieke eindprodukte in alle selle nie. 'n Groot impak van wat en wanneer om te produseer, gebeur terwyl ons grootword. Dit is, terwyl ons liggaam literêr self bou.

Klink snaaks, maar jou liggaam kry inderdaad instruksies oor hoe om homself uit gene te bou. Word ons lank? Gene gee opdrag om meer van ons te maak. Het ons krulhare? Gene maak proteïene wat hare krul. Het ons… wag 'n minuut. Is dit inderdaad so?

Natuurlik, om lank te word, het ons spesifieke gene nodig wat geassosieer word met lank wees. Ons weet dit is waar, want langer mense het gemiddeld langer nageslag. Maar om lank te word, moet die liggaam ook grondstowwe hê (wat deur kos verkry word) en energie (weer deur voedsel verkry). So, dit’s nie net gene wat ons lengte bepaal nie, maar ook ons ​​omgewing. In hierdie geval, hoeveel kos ons gedurende ons kinderjare gehad het.

Nog 'n voorbeeld gaan weer oor melanien. Ek is mal daaroor en nie omdat ek bruin oë het nie. Terwyl gene sy produksie indirek bepaal, het jy opgemerk dat dit ook sonskyn nodig het om hierdie gene aan te skakel. As daar nie sonskyn is nie, kan jy soveel gene hê as wat jy wil, jou vel sal bleek bly. Tensy jou vel van nature donkerder is, in welke geval jou liggaam nie sonlig nodig het om melanien in die vel te produseer nie. Dit is die enigste verskil tussen mense van verskillende velkleure.

Sonlig is onder verskeie dinge wat gene kan aanskakel. Ander dinge is temperatuur, kleur, reuk, dwelms, of selfs 'n woord wat jy hoor. So, in wese, terwyl ek in hierdie artikel probeer verduidelik het hoe gene eienskappe bepaal, is dit steeds noodsaaklik om te weet dat “bepaal” 'n lomp verduideliking is van wat aangaan.