Inligting

32.2: Lees en skryf genome - Biologie

32.2: Lees en skryf genome - Biologie


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.

As motivering, oorweeg die volgende vraag: Is daar enige tegnologie wat nie biologies gemotiveer of geïnspireer is nie? Biologie en ons waarnemings daarvan beïnvloed ons lewens deurdringend. Selfs in telekommunikasie is die potensiaal van kwantumvlak molekulêre rekenaars belowend, en sal na verwagting in die toekoms 'n belangrike speler wees.

Church was betrokke by molekulêre rekenaars in sy eie navorsing, en beweer dat dit, sodra dit ingespan is, groot voordele bo hul huidige silikon-eweknieë inhou. Byvoorbeeld, molekulêre berekening kan ten minste 10% groter doeltreffendheid per Joule in berekening verskaf. Dieper moontlik is die potensiële effek daarvan op databerging. Huidige databergingsmedia (magnetiese skyf, vastestofaandrywers, ens.) is baie minder (miljarde keer) dig as DNA. Die beperking van DNS as databerging is dat dit 'n hoë foutkoers het. Kerk is tans betrokke by 'n projek wat betroubare berging ondersoek deur die gebruik van foutkorreksie en ander tegnieke.

In 'n 2009 Nature Biotechnology-oorsigartikel [1] ondersoek Church die potensiaal vir doeltreffende metodes om na DNA te lees en te skryf. Hy neem waar dat daar in die afgelope dekade 'n 10(keer) eksponensiële kurwe in beide volgordebepaling en oligosintese was, met dubbelstringsintese wat agterbly, maar geleidelik toeneem. In vergelyking met die 1.5(keer) eksponensiële kurwe vir VLSI (Moore's Law), is die toename aan die biologiese kant meer dramaties, en daar is nog geen teoretiese argument waarom die neiging moet afneem nie. Samevattend is daar groot potensiaal vir genoomsintese en ingenieurswese.

Het jy geweet?

George Church was 'n vroeë pionier van genoomvolgordebepaling. In 1978 kon Church plasmiede opvolg teen $10 per basis. Teen 1984 het hy saam met Walter Gilbert die eerste direkte genomiese volgordebepalingsmetode ontwikkel [3]. Met hierdie deurbraak het hy gehelp om die Menslike Genoomprojek in 1984 te begin. Hierdie voorstel het ten doel gehad om 'n hele menslike haploïede genoom teen $1 per basis te volgorde, wat 'n totale begroting van $3 miljard vereis het. Dit het vinnig afgespeel in die bekende wedloop tussen Celera en UCSC-Broad-Sanger. Alhoewel laasgenoemde op die ou end skaars gewen het, het hul volgorde baie foute en gapings gehad, terwyl Celera se weergawe baie hoër gehalte was. Celera het aanvanklik beplan om die genoom in 50 kb-fragmente vry te stel, waarop navorsers belynings kon uitvoer, net soos BLAST. Church het eenkeer Celera se stigter, Craig Venter, genader en 'n belofte ontvang om die hele genoom na vrystelling op DVD te bekom. Kerk het egter die belofte bevraagteken en besluit om eerder die genoom direk vanaf Celera af te laai deur voordeel te trek uit die kort fragmentvrystellings. Deur geoutomatiseerde kruip- en aflaai-skrifte te gebruik, het Church daarin geslaag om die hele genoom binne drie dae in 50 kb-fragmente af te laai!


Die Down-sindroom 'supergenoom'

Downsindroom -- ook bekend as trisomie 21 -- is 'n genetiese afwyking wat veroorsaak word deur 'n bykomende derde chromosoom 21. Alhoewel hierdie genetiese abnormaliteit in een uit 700 geboortes gevind word, bereik slegs 20% van fetusse met trisomie 21 volle termyn. Maar hoe kry hulle dit reg om die eerste trimester van swangerskap te oorleef ten spyte van hierdie swaar gestremdheid? Navorsers van die Universiteite van Genève (UNIGE) en Lausanne (UNIL) het gevind dat kinders wat met Down-sindroom gebore is, in baie opsigte 'n uitstekende genoom het -- trouens beter as die gemiddelde genoom van mense sonder die genetiese abnormaliteit. Dit is moontlik dat hierdie genoom die gestremdhede wat deur die ekstra chromosoom veroorsaak word, verreken, wat die fetus help om te oorleef en die kind om te groei en te ontwikkel. Jy kan meer oor hierdie ontdekkings in die joernaal uitvind Genoomnavorsing.

Trisomie 21 is 'n ernstige genetiese afwyking, met vier uit vyf swangerskappe wat nie natuurlik termyn bereik as die fetus aangetas is nie. 20% van konsepte met Down-sindroom word egter lewendig gebore, word groot en kan die ouderdom van 65 bereik. Hoe is dit moontlik? Navorsers van UNIGE en UNIL het veronderstel dat individue wat met Down-sindroom gebore is, 'n genoom van hoë gehalte besit wat die vermoë het om te kompenseer vir die uitwerking van die derde chromosoom 21.

Variasie, regulering en uitdrukking is alles getoets

“Die genoom bestaan ​​uit al die genetiese materiaal waaruit ’n individu bestaan,” verduidelik Stylianos Antonarakis, die ereprofessor in UNIGE se Fakulteit Geneeskunde wat die navorsing gelei het. "Dit is die genoom wat bepaal wat van 'n mens word, en hom of haar laat grootword en oud word, met of sonder siekte. Sommige genome is van beter gehalte as ander, en kan ook minder geneig wees tot siektes soos kanker." Op grond van hul werk op die hipotese van 'n kwaliteit van die genoom, het die genetici die geenvariasie, regulering en uitdrukking van 380 individue met Downsindroom getoets en hulle vergelyk met mense sonder die genetiese afwyking.

Die eerste toets het bestaan ​​uit die waarneming van die teenwoordigheid van skaars variante, dit wil sê potensieel skadelike genetiese mutasies, by mense met Down. Dit is bekend dat die 'n chromosoom verskillende seldsame variante in sy twee kopieë kan hê. In 'n persoon met Down, egter, die seldsame mutasies wat identies is vir al drie kopieë van chromosoom 21 en beperk in getal, waardeur die totaal van potensieel skadelike variante verminder.

In 'n volgende stap het die genetici die regulering van gene op chromosoom 21 bestudeer. Elke geen het skakelaars wat sy uitdrukking óf positief óf negatief reguleer. Aangesien mense met Down drie chromosome 21 het, word die meeste van hierdie gene ooruitgedruk. "Maar ons het ontdek dat mense met Down-sindroom meer reguleerders het wat die uitdrukking van die 21 gene verminder, wat dit moontlik maak om te vergoed vir die surplus wat deur die derde kopie veroorsaak word," sê Konstantin Popadin, 'n navorser by UNIL se Sentrum vir Integrerende Genomika.

Ten slotte het die navorsers gefokus op die variasie geenuitdrukking vir die chromosome van die hele genoom. Elke geenuitdrukking op 'n skaal van 0 tot 100 vorm deel van 'n globale verspreidingskurwe, met die mediaan -- 50 -- wat as die ideale uitdrukking beskou word. “Vir ’n normale genoom ossilleer die uitdrukkings tussen 30 en 70, terwyl vir ’n persoon met Down-sindroom die kromme nouer is rondom die piek wat baie naby aan 50 is vir gene op al die chromosome,” gaan professor Antonarakis voort. "Met ander woorde, dit beteken dat die genoom van iemand met Down leun na die gemiddelde - optimale funksionering." Inderdaad, hoe kleiner die geenuitdrukking variasies is, hoe beter is die genoom.

'n Superieure genoom wat vir die gestremdheid vergoed

Die UNIGE- en UNIL-genetici kon dus die drie funksies van genome van mense wat aan Down-sindroom ly, toets. “Die navorsing het getoon dat vir ’n kind met Down om swangerskap te oorleef en dan te groei, sy of haar genoom van ’n hoër gehalte moet wees sodat dit kan vergoed vir die gestremdhede wat veroorsaak word deur die ekstra kopie van chromosoom 21,” sluit Popadin af. Hierdie gevolgtrekkings kan ook van toepassing wees op ander ernstige genetiese afwykings waar swangerskappe volle termyn bereik.


Genetiese ingenieurswese en sintetiese genomika in gis om lewe te verstaan ​​en biotegnologie te bevorder

Die veld van genetiese ingenieurswese is in 1973 gebore met die "konstruksie van biologies funksionele bakteriese plasmiede in vitro". Sedertdien is 'n groot aantal tegnologieë ontwikkel wat grootskaalse lees en skryf van DNS moontlik maak, sowel as hulpmiddels vir komplekse modifikasies en veranderings van die genetiese kode. Natuurlike genome kan gesien word as sagteware weergawe 1.0 sintetiese genomika daarop gemik is om herskryf hierdie sagteware met "bou om te verstaan" en "bou om toe te pas" filosofieë. Een van die oorheersende model organismes is die bakkersgis Saccharomyces cerevisiae. Die belangrikheid daarvan wissel van antieke biotegnologieë soos bak en brou, tot hoë-end waardevolle saamgestelde sintese op industriële skale. Hierdie klein suikerswam het grootliks bygedra om die mensdom in staat te stel om sy huidige ontwikkelingstatus te bereik. Hierdie oorsig bespreek onlangse ontwikkelings op die gebied van genetiese ingenieurswese vir ontluikende gis S. cerevisiae, en die toepassing daarvan in biotegnologie. Die artikel beklemtoon vooruitgang van Sc1.0 tot die ontwikkelings in sintetiese genomika wat die weg na Sc2.0 baan. Met die sintetiese genoom van Sc2.0 wat voltooiing nader, poog die artikel ook om perspektiewe vir potensiële Sc3.0 en daaropvolgende weergawes voor te stel, asook die implikasies daarvan vir basiese en toegepaste navorsing.

Sleutelwoorde: Saccharomyces cerevisiae Sc2.0 Sc3.0 biotegnologie selfabriek genetiese ingenieurswese sintetiese biologie sintetiese genomika gis.

Verklaring van belangebotsing

Die skrywer verklaar geen botsing van belange nie.

Syfers

Gevestigde gis 1.0 toepassings. (…

Gevestigde gis 1.0 toepassings. ( A ) Gis is wyd gebruik om...

Die Sc2.0-projek en sy toepassings. ( A ) Stap vir stap vervanging...

Potensiële ontwerpbeginsels vir die...

Potensiële ontwerpbeginsels vir die Sc3.0-genoom. ( A ) Onlangse data dui daarop...


Verwysings

Gibson, D.G. et al. Skepping van 'n bakteriese sel wat deur 'n chemies gesintetiseerde genoom beheer word. Wetenskap 329, 52–56 (2010).

Gibson, D.G. Oligonukleotiedsamestelling in gis om sintetiese DNA-fragmente te produseer. Metodes Mol. Biol. 852, 11–21 (2012).

Gibson, D.G. Ensiematiese samestelling van oorvleuelende DNA-fragmente. Metodes Enzymol. 498, 349–361 (2011).

Gibson, D.G. Geen- en genoomkonstruksie in gis. Curr. Protoc. Mol. Biol. 94, 3.22 (2011).

Gibson, D.G. Sintese van DNA-fragmente in gis deur een-stap samestelling van oorvleuelende oligonukleotiede. Nukleïensure Res. 37, 6984–6990 (2009).

Gibson, D.G. et al. Voltooi chemiese sintese, samestelling en kloning van 'n Mycoplasma genitalium genoom. Wetenskap 319, 1215–1220 (2008).

Gibson, D.G. et al. Eenstapsamestelling in gis van 25 oorvleuelende DNA-fragmente om 'n volledige sintetiese Mycoplasma genitalium genoom. Proc. Natl. Acad. Wetenskaplike. VSA 105, 20404–20409 (2008).

Gibson, D.G., Smith, H.O., Hutchison, C.A. III., Venter, J.C. & Merryman, C. Chemiese sintese van die muis mitochondriale genoom. Nat. Metodes 7, 901–903 (2010).

Gibson, D.G. et al. Ensiematiese samestelling van DNA-molekules tot etlike honderde kilobasisse. Nat. Metodes 6, 343–345 (2009).

Benders, G.A. et al. Kloning van hele bakteriese genome in gis. Nukleïensure Res. 38, 2558–2569 (2010).

Lartigue, C. et al. Genoomoorplanting in bakterieë: die verandering van een spesie na 'n ander. Wetenskap 317, 632–638 (2007).

Lartigue, C. et al. Die skep van bakteriese stamme uit genome wat in gis gekloon en gemanipuleer is. Wetenskap 325, 1693–1696 (2009).

Venter, J.C. Lewe teen die spoed van lig: van die dubbele helix tot die aanbreek van digitale lewe (Viking, 2013).

Ma, S., Tang, N. & Tian, ​​J. DNA-sintese, samestelling en toepassings in sintetiese biologie. Curr. Mening. Chem. Biol. 16, 260–267 (2012).

Ellis, T., Adie, T. & Baldwin, G.S. DNA-samestelling vir sintetiese biologie: van dele tot paaie en verder. Integreer. Biol. (Kamb.) 3, 109–118 (2011).

Itaya, M., Tsuge, K., Koizumi, M. & Fujita, K. Kombinasie van twee genome in een sel: stabiele kloning van die Synechocystis PCC6803 genoom in die Bacillus subtilis 168 genoom. Proc. Natl. Acad. Wetenskaplike. VSA 102, 15971–15976 (2005).

Smailus, D.E., Warren, R.L. & Holt, R.A. Konstruksie van groot DNA-segmente deur iteratiewe kloonrekombinasie. Syst. Synth. Biol. 1, 139–144 (2007).

Ma, H., Kunes, S., Schatz, P.J. & Botstein, D. Plasmiedkonstruksie deur homoloë rekombinasie in gis. Gene 58, 201–216 (1987).

Tagwerker, C. et al. Volgorde-analise van 'n volledige 1,66 Mb Prochlorococcus marinus MED4-genoom in gis gekloneer. Nukleïensure Res. 40, 10375–10383 (2012).

Karas, B.J., Tagwerker, C., Yonemoto, I.T., Hutchison, C.A. III. & Smith, H.O. Kloning van die Acholeplasma laidlawii PG-8A genoom in Saccharomyces cerevisiae as 'n gis sentromere plasmied. ACS Synth. Biol. 1, 22–28 (2012).

Karas, B.J. et al. Direkte oordrag van heel genome van bakterieë na gis. Nat. Metodes 10, 410–412 (2013).

Schwartz, D.C. & Cantor, C.R. Skeiding van gis-chromosoomgrootte DNA's deur gepulseerde veldgradiënt-gelelektroforese. Sel 37, 67–75 (1984).

Noskov, V.N. et al. Samestelling van groot, hoë G+C bakteriese DNA-fragmente in gis. ACS Synth. Biol. 1, 267–273 (2012).

Kouprina, N. & Larionov, V. Selektiewe isolasie van genomiese lokusse van komplekse genome deur transformasie-geassosieerde rekombinasiekloning in die gis Saccharomyces cerevisiae. Nat. Protoc. 3, 371–377 (2008).

Kornberg, R.D. Eukariotiese transkripsiebeheer. Tendense Cell Biol. 9, M46–M49 (1999).

Kozak, M. Aanvang van vertaling in prokariote en eukariote. Gene 234, 187–208 (1999).

Marschall, P., Malik, N. & Larin, Z. Oordrag van YACs tot 2.3 Mb ongeskonde in menslike selle met poliëtilenimien. Gene Ther. 6, 1634–1637 (1999).

van Brabant, A.J., Buchanan, C.D., Charboneau, E., Fangman, W.L. & Brewer, B.J. 'n Oorsprong-tekorte gis kunsmatige chromosoom veroorsaak 'n selsiklus kontrolepunt. Mol. Sel 7, 705–713 (2001).

Carr, P.A. & Kerk, G.M. Genoom ingenieurswese. Nat. Biotegnologie. 27, 1151–1162 (2009).

Wang, H.H. et al. Programmering van selle deur multipleks genoom-ingenieurswese en versnelde evolusie. Natuur 460, 894–898 (2009).

Isaacs, F.J. et al. Presiese manipulasie van chromosome in vivo maak genoomwye kodonvervanging moontlik. Wetenskap 333, 348–353 (2011).

Ellis, H.M., Yu, D., DiTizio, T. & Hof, D.L. Hoë doeltreffendheid mutagenese, herstel en ingenieurswese van chromosomale DNA met behulp van enkelstrengige oligonukleotiede. Proc. Natl. Acad. Wetenskaplike. VSA 98, 6742–6746 (2001).

Dymond, J.S. et al. Sintetiese chromosoomarms funksioneer in gis en genereer fenotipiese diversiteit deur ontwerp. Natuur 477, 471–476 (2011).

Gaj, T., Gersbach, C.A. & Barbas, C.F. III. ZFN-, TALEN- en CRISPR/Cas-gebaseerde metodes vir genoomingenieurswese. Tendense Biotechnol. 31, 397–405 (2013).

Gurdon, J.B. & Byrne, J.A. Die eerste halfeeu van kernoorplanting. Proc. Natl. Acad. Wetenskaplike. VSA 100, 8048–8052 (2003).

Gurdon, J.B. & Wilmut, I. Kernoordrag na eiers en oösiete. Cold Spring Harb. Perspektief. Biol. 3, a002659 (2011).

Forster, A.C. &. Kerk, G.M. Op pad na sintese van 'n minimale sel. Mol. Syst. Biol. 2, 45 (2006).

Forster, A.C. &. Kerk, G.M. Sintetiese biologie projekte in vitro. Genoom Res. 17, 1–6 (2007).

Jewett, M.C. & Forster, A.C. Opdatering oor die ontwerp en bou van minimale selle. Curr. Mening. Biotegnologie. 21, 697–703 (2010).

Medema, M.H., van Raaphorst, R., Takano, E. & Breitling, R. Berekeningsinstrumente vir die sintetiese ontwerp van biochemiese paaie. Nat. Eerwaarde Microbiol. 10, 191–202 (2012).

Chan, L.Y., Kosuri, S. & Endy, D. Refactoring bakteriofaag T7. Mol. Syst. Biol. 1, 2005.0018 (2005).

Jaschke, P.R., Lieberman, E.K., Rodriguez, J., Sierra, A. & Endy, D. 'n Volledig gedekomprimeerde sintetiese bakteriofaag oX174-genoom wat in gis saamgestel en geargiveer is. Virologie 434, 278–284 (2012).

Fraser, C.M. et al. Die minimale geenkomplement van Mycoplasma genitalium. Wetenskap 270, 397–403 (1995).

Karr, J.R. et al. 'n Heelsel-berekeningsmodel voorspel fenotipe vanaf genotipe. Sel 150, 389–401 (2012).

Dormitzer, P.R. et al. Sintetiese generering van griep-entstofvirusse vir vinnige reaksie op pandemies. Wetenskaplike. Vertaal. Med. 5, 185ra68 (2013).

Guye, P., Li, Y., Wroblewska, L., Duportet, X. & Weiss, R. Vinnige, modulêre en betroubare konstruksie van komplekse soogdiergeenkringe. Nukleïensure Res. 41, e156 (2013).

Temme, K., Zhao, D. & Voigt, C.A. Herfaktorering van die stikstofbindingsgeengroepering van Klebsiella oxytoca. Proc. Natl. Acad. Wetenskaplike. VSA 109, 7085–7090 (2012).

O'Neill, B.M. et al. 'n Eksogene chloroplastgenoom vir komplekse volgorde manipulasie in alge. Nukleïensure Res. 40, 2782–2792 (2012).

Smith, H.O., Hutchison, C.A. III., Pfannkoch, C. & Venter, J.C. Generering van 'n sintetiese genoom deur heelgenoomsamestelling: phiX174-bakteriofaag van sintetiese oligonukleotiede. Proc. Natl. Acad. Wetenskaplike. VSA 100, 15440–15445 (2003).


Toegang opsies

Kry volledige toegang tot joernaal vir 1 jaar

Alle pryse is NETTO pryse.
BTW sal later by die betaalpunt bygevoeg word.
Belastingberekening sal tydens afhandeling gefinaliseer word.

Kry tydsbeperkte of volledige artikeltoegang op ReadCube.

Alle pryse is NETTO pryse.


Uitsonderlike diverse morfotipes en genome van crenarchaeale hipertermofiele virusse

D. Prangishvili, R.A. Garrett Uitsonderlik diverse morfotipes en genome van crenarchaeale hipertermofiele virusse. Biochem Soc Trans 1 April 2004 32 (2): 204–208. doi: https://doi.org/10.1042/bst0320204

Die merkwaardige diversiteit van die morfologieë van virusse wat in terrestriële hidrotermiese omgewings met temperature >80°C gevind word, is ongekend vir akwatiese ekosisteme. Die bes bestudeerde virusse uit hierdie habitatte is aan nuwe virale families toegewys: Fuselloviridae, Lipothrixviridae en Rudiviridae. Hulle het almal dubbelstring-DNS-genome en besmet hipertermofiele crenarchaea van die ordes Sulfolobales en Thermoproteales. Verteenwoordigers van die verskillende virale families deel 'n paar homoloë ORF's (oop leesrame). Ongeveer 90% van alle ORF's in die sewe-volgorde-genome toon egter geen beduidende ooreenkomste met volgordes in publieke databasisse nie. Dit dui daarop dat hierdie hipertermofiele virusse uitsonderlike biochemiese oplossings vir biologiese funksies het. Spesifieke kenmerke van genoomorganisasie, sowel as strategieë vir DNA-replikasie, dui daarop dat filogenetiese verwantskappe bestaan ​​tussen crenarchaeale rudivirusse en die groot eukaryale DNA-virusse: pokkevirusse, die Afrika-varkpesvirus en Chlorella virusse. Volgordepatrone aan die punte van die lineêre genoom van die lipotrixvirus AFV1 herinner aan die telomere punte van lineêre eukaryale chromosome en dui daarop dat 'n primitiewe telomere meganisme in hierdie virus werk.


Dikwels saam gekoop

Resensie

"Hierdie derde uitgawe is absoluut noodsaaklik om die onlangse vooruitgang, soos genoomvolgordebepaling, polimerase-kettingreaksie en mikroskikking-tegnologie, in hierdie veld in te sluit." (Doody's, 19 Oktober 2012)

Oor die skrywer

Jeremy W. Dale is 'n emeritusprofessor in die Departement Mikrobiese en Sellulêre Wetenskappe aan die Universiteit van Surrey, VK.

Malcolm von Schantz is professor in Chronobiologie aan die Universiteit van Surrey. Hy is 'n internasionaal erkende navorser en 'n ervare opvoeder, wat sy opleiding in Swede, die Verenigde State en die VK ontvang het.

Nicholas Plant is die skrywer van Van gene tot genome: konsepte en toepassings van DNA-tegnologie, 3de Uitgawe, uitgegee deur Wiley.


Genetika, gene en genome

My suster is oortuig daarvan dat ek 'n 100% kans het om rooikop kinders te hê, want my vrou is rooikop en ons het rooikoppe weerskante van my familie. My haarkleur is donkerbruin en my ouers het geen rooikop kinders gehad nie.

Vir konteks gee ek nie om oor watter kleur hare my kinders sal hê nie. Ek wil net die rekord vasstel met betrekking tot hoe my familie verstaan ​​hoe rooikoppe deur hul genetika bepaal word.

35 18 26 22

Oorheers die spel. Vernietig hul Nexus. Ervaar Wild Rift op die groot skerm met BlueStacks. Laai nou af!

Is skrappings of duplisering erger? Of is dit "afhanklik"?

Is mense die mees heterogeen parende spesie?

Laat ek verduidelik wat ek bedoel - gewoonlik is daar groot uitsterwing of bottelnek gebeure vir spesie elke duisend of wat jaar. Dit beteken gewoonlik dat in 'n beperkte gebied, alle paringsmaats afstam van 'n klein bevolking wat daardie droogte, epidemie of iets dergeliks oorleef het. In die geval van mense is ons egter uiters suksesvol vir honderde duisende jare, dus is daar gereeld vermenging van bevolkings met 'n baie heterogene agtergrond.

My vraag is is ons paringsmaats gewoonlik baie meer verwant as ander dierspesies? Is daar 'n papier wat hierdie ding nagegaan het?


Voortplantingsgenoom van die laboratorium

Die veld van sintetiese biologie neem nie net lewensprosesse waar en beskryf dit nie, maar boots dit ook na. 'n Sleutel kenmerk van lewe is die vermoë tot replikasie, wat die instandhouding van 'n chemiese sisteem beteken. Wetenskaplikes by die Max Planck Instituut vir Biochemie in Martinsried het 'n stelsel gegenereer wat in staat is om dele van sy eie DNA en proteïenboublokke te regenereer.

Op die gebied van sintetiese biologie ondersoek navorsers sogenaamde "bottom-up" prosesse, wat beteken die generering van lewe-nabootsende stelsels uit lewelose boustene. Een van die mees fundamentele kenmerke van alle lewende organismes is die vermoë om homself as afsonderlike entiteite te bewaar en voort te plant. Die kunsmatige "onder-na-bo"-benadering om 'n stelsel te skep wat homself kan herhaal, is egter 'n groot eksperimentele uitdaging. Vir die eerste keer het wetenskaplikes daarin geslaag om hierdie struikelblok te oorkom en so 'n stelsel te sintetiseer.

Hannes Mutschler, hoof van die navorsingsgroep "Biomimetiese stelsels" by die Max Planck Instituut vir Biochemie, en sy span is toegewyd om die replikasie van genome en proteïensintese met 'n "onder-na-bo"-benadering na te boots. Beide prosesse is fundamenteel vir die selfbehoud en voortplanting van biologiese sisteme. Die navorsers het nou daarin geslaag om 'n in vitro-stelsel te produseer, waarin beide prosesse gelyktydig kan plaasvind. "Ons stelsel is in staat om 'n aansienlike deel van sy molekulêre komponente self te regenereer," verduidelik Mutschler.

Om hierdie proses te begin, het die navorsers 'n konstruksiehandleiding nodig gehad asook verskeie molekulêre "masjiene" en voedingstowwe. Vertaal in biologiese terme, beteken dit dat die konstruksiehandleiding DNS is, wat die inligting bevat om proteïene te produseer. Daar word dikwels na proteïene verwys as "molekulêre masjiene" omdat hulle dikwels optree as katalisators, wat biochemiese reaksies in organismes versnel. Die basiese boustene van DNS is die sogenaamde nukleotiede. Proteïene word gemaak van aminosure.

Modulêre struktuur van die konstruksiehandleiding

Spesifiek, die navorsers het 'n in vitro-uitdrukkingstelsel geoptimaliseer wat proteïene sintetiseer gebaseer op 'n DNA-bloudruk. As gevolg van verskeie verbeterings is die in vitro-uitdrukkingstelsel nou in staat om proteïene, bekend as DNA-polimerases, baie doeltreffend te sintetiseer. Hierdie DNA-polimerases repliseer dan die DNA deur nukleotiede te gebruik. Kai Libicher, eerste skrywer van die studie, verduidelik: “Anders as vorige studies, is ons stelsel in staat om betreklik lang DNA-genome te lees en te kopieer.

Die wetenskaplikes het die kunsmatige genome van tot elf ringvormige stukke DNA saamgestel. Hierdie modulêre struktuur stel hulle in staat om sekere DNS-segmente maklik in te voeg of te verwyder. Die grootste modulêre genoom wat deur die navorsers in die studie gereproduseer is, bestaan ​​uit meer as 116 000 basispare, wat die genoomlengte van baie eenvoudig selle bereik.

Regenerasie van proteïene

Afgesien van die kodering van polimerases wat belangrik is vir DNA-replikasie, bevat die kunsmatige genoom bloudrukke vir verdere proteïene, soos 30 translasiefaktore wat van die bakterie Escherischia coli afkomstig is. Translasiefaktore is belangrik vir die vertaling van die DNA-bloudruk in die onderskeie proteïene. Hulle is dus noodsaaklik vir selfrepliserende stelsels, wat biochemiese prosesse naboots. Om te wys dat die nuwe in vitro-uitdrukkingstelsel nie net DNA kan reproduseer nie, maar ook sy eie translasiefaktore kan produseer, het die navorsers massaspektrometrie gebruik. Met hierdie analitiese metode het hulle die hoeveelheid proteïene wat deur die stelsel geproduseer word, bepaal.

Verbasend genoeg was sommige van die translasiefaktore selfs in groter hoeveelhede na die reaksie teenwoordig as wat voorheen bygevoeg is. Volgens die navorsers is dit 'n belangrike stap in die rigting van 'n voortdurend selfrepliseringsisteem wat biologiese prosesse naboots.

In die toekoms wil die wetenskaplikes die kunsmatige genoom met bykomende DNS-segmente uitbrei. In samewerking met kollegas van die navorsingsnetwerk MaxSynBio wil hulle 'n omhulde stelsel produseer wat lewensvatbaar kan bly deur voedingstowwe by te voeg en afvalprodukte weg te gooi. So 'n minimale sel kan dan byvoorbeeld in biotegnologie gebruik word as 'n pasgemaakte produksiemasjien vir natuurlike stowwe of as 'n platform vir die bou van selfs meer komplekse lewensgetroue stelsels.


32.2: Lees en skryf genome - Biologie

Navorsingsarea:
Genetika, sel- en ontwikkelingsbiologie
Berekeningsbiologie

B.A., Boston Universiteit, 2004
Ph.D. Johns Hopkins Universiteit, 2013

Soogdierontwikkeling maak staat op 'n komplekse wisselwerking tussen genetiese en epigenetiese faktore om triljoene hoogs gespesialiseerde selle uit dieselfde genetiese bloudruk te skep. Hierdie proses word gedeeltelik georkestreer deur geenregulerende volgordes wat in DNS gekodeer is, wat op hul beurt beïnvloed word deur epigenetiese eienskappe, insluitend DNS-metilering, DNS-verpakking en modifikasies van DNS-verpakkingsproteïene. Soogdiergenome bevat honderde epigenetiese reguleerders - wat gesamentlik na verwys word as die &ldquoepigenetiese masjinerie & rdquo - wat verantwoordelik is vir die lees, skryf en uitvee van hierdie epigenetiese inligting. Ons navorsing poog om te verstaan ​​hoe die epigenetiese masjinerie werk, en hoe die wanfunksie daarvan bydra tot siekte.

Huidige aanwysings in die laboratorium poog om die volgende sleutelvrae oor die epigenetiese masjinerie te beantwoord:

1. Wat is die spesifieke regulatoriese volgordes en teikengene wat deur komponente van die epigenetiese masjinerie beïnvloed word, en in watter seltipes/kontekste?

2. Hoe word komponente van die epigenetiese masjinerie gewerf na spesifieke streke van die genoom (bv. regulatoriese volgordes) in spesifieke sellulêre kontekste?

3. Deur watter meganismes gee siekteveroorsakende mutasies in komponente van die epigenetiese masjinerie aanleiding tot fenotipes op molekulêre, sellulêre en organismevlakke.

Om hierdie vrae te beantwoord, gebruik ons ​​'n verskeidenheid instrumente, insluitend epigenomika, genoomredigering, enkelselgenomika en berekeningsbiologie, met 'n fokus op muisontwikkelings- en menslike selkultuurmodelle.


Kyk die video: Human Genome Size (Oktober 2022).