Πληροφορίες

Αλληλουχία δύο κλώνων DNA

Αλληλουχία δύο κλώνων DNA


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.

Το υπόβαθρό μου δεν είναι γενετική. 2.Δεν με ενδιαφέρει να μάθω πώς γίνεται η αλληλουχία ή ο προσδιορισμός γονότυπου DNA. 3. Με ενδιαφέρει μόνο η φύση των αποτελεσμάτων όπως περιγράφεται εδώ.

Ερχόμαστε τώρα στο ερώτημα: Οι άνθρωποι έχουν δύο ομάδες χρωμοσωμάτων σε κάθε κύτταρο. Λοιπόν, αν πω την αλληλουχία του χρωμοσώματος1, τι σημαίνει αυτό στην πραγματικότητα; Σε ποιο από τα δύο χρωμοσώματα προσδιορίζεται η αλληλουχία; Γονοτύπου-γίνεται σύγκριση μεταξύ δύο+δύο=τεσσάρων χρωμοσωμάτων1; Ή μήπως ολόκληρη η σύλληψη μου είναι εσφαλμένη;


Με ενδιαφέρει μόνο η φύση των αποτελεσμάτων όπως περιγράφεται εδώ.

Ευθυγραμμίζοντας αυτήν την αλληλουχία με όλα τα νουκλεοτίδια όλων των οργανισμών, θα συνειδητοποιούσαμε ότι η δεδομένη (σύντομη) αλληλουχία εμφανίζεται σε διάφορους οργανισμούς εκτός από τον άνθρωπο. Επομένως μπορεί να προέρχεται από ένα είδος με ένα μόνο χρωμόσωμα βλέπε NCBI Blast !

Για χάρη του παραδείγματος, ας υποθέσουμε ότι το είδος είχε πολλαπλές περιπτώσεις για κάθε χρωμόσωμα (π.χ. μία από ανθρώπινη μητέρα και μία από άνθρωπο πατέρα) και να δούμε "τα αποτελέσματα όπως περιγράφονται εδώ". Καθώς δεν δίνονται λεπτομέρειες για το πρωτόκολλο, ας υποθέσουμε περαιτέρω το πιο κοινό σενάριο - δηλαδή ότι δεν υπήρξε πειραματική διάκριση ή διαχωρισμός των μεμονωμένων περιπτώσεων χρωμοσωμάτων.

Κοιτάζοντας τα αποτελέσματα, θα συνειδητοποιούσαμε ότι δεν πρόκειται για «αλληλουχία επόμενης γενιάς», αλλά για αλληλουχία Sanger.

Τώρα κοιτάμε ξανά το παρεχόμενο σχήμα (σημείωση: δεν πρόκειται για πραγματικά πειραματικά δεδομένα): σαφώς οι ζώνες στην αριστερή πλευρά εμφανίζονται μόνο για ένα γράμμα/βάση και σε μια δεδομένη θέση της ακολουθίας, υπάρχει μόνο μία πολύ καθαρή κορυφή στη δεξιά πλευρά (σε αντίθεση με τη δυνατότητα, να υπάρχουν πολλαπλές κορυφές που αντιστοιχούν σε διαφορετικές βάσεις).

Θα έπρεπε να συμπεράνουμε ότι κάθε περίπτωση του χρωμοσώματος έχει μια απολύτως πανομοιότυπη αλληλουχία. Έτσι θα συμπεράνουμε ότι δεν θα ήταν σημαντικό να διακρίνουμε μεμονωμένες περιπτώσεις.

Αλλά περιμένετε - δεν είναι διαφορετικά τα μητρικά και τα πατρικά χρωμοσώματα; Οπωσδήποτε, ωστόσο, το συγκεκριμένο παράδειγμα εξετάζει μόνο 25 βάσεις και όχι το πλήρες χρωμόσωμα - και είναι πολύ πιθανό να είναι απολύτως πανομοιότυπα. (σημείωση: υπάρχουν διάφορες πειραματικές τεχνικές για την επιλογή μόνο συγκεκριμένων περιοχών DNA ή RNA για ανάλυση).


Θα έλεγα ότι η κατανόησή σας εδώ δεν είναι απαραιτήτως εσφαλμένη - μάλλον, υπάρχει ένα μικρό κόλπο που παίζεται μαζί σας.

Το σχήμα απεικονίζει τυπικά αποτελέσματα της αλληλουχίας Sanger. Αυτός ο τύπος αλληλουχίας απαιτεί πάντα έναν αποκαλούμενο εκκινητή, μια σύντομη αλληλουχία περίπου 20 βάσεων που είναι γνωστές. Ο κώδικας που ακολουθεί αυτές τις 20 βάσεις θα ακολουθήσει. Χρησιμοποιώντας μόνο αυτή την τεχνική, δεν μπορείτε πρακτικά να προσδιορίσετε την αλληλουχία ενός ολόκληρου χρωμοσώματος - συνήθως είναι καλό μόνο για περίπου 700-1200 βάσεις μετά τον εκκινητή.

Οι ζώνες στο γραφικό στα αριστερά και οι κορυφές στη δεξιά πλευρά αντιστοιχούν στη βάση στη θέση "primer + n" (n είναι ο αριθμός των ζωνών/κορυφών που αρχίζουν να μετρούν στο κάτω μέρος του γραφικού).

Τώρα σκεφτείτε ότι στην πράξη, αυτή η τεχνική εκτελείται σε υγρό δείγμα που περιέχει φυσικά τεράστιο αριθμό μορίων DNA. Σε ένα ιδανικό σενάριο, κάθε μόριο είναι πανομοιότυπο. Σε αυτήν την περίπτωση, η ακολουθία πίσω από τις 20 βάσεις εκκινητών είναι πανομοιότυπη και θα έχετε καθαρές ζώνες ή κορυφές όπως φαίνεται στο γράφημα.

Όταν παίρνετε ένα δείγμα από έναν οργανισμό όπως ο άνθρωπος, θα υπάρχει μια ποικιλία μορίων DNA στο μείγμα.

Τι ακολουθείται; Απλό, ό,τι βρίσκεται πίσω από το αστάρι που χρησιμοποιείτε για την αλληλουχία. Εάν διαφορετικά μόρια έχουν διαφορετικές αλληλουχίες εκεί, το αποτέλεσμα θα είναι ζώνες σε διαφορετικές στήλες στην ίδια θέση στο πήκτωμα (αριστερή πλευρά του γραφήματος) ή δύο κορυφές διαφορετικού χρώματος στην ίδια θέση στη χρωματογραφία (δεξιά πλευρά του γραφήματος) .

Παράδειγμα: Γονοτυπισμός

Θεωρούμε το γονίδιο XYZ. Υπάρχουν δύο παραλλαγές αυτού του γονιδίου στους ανθρώπους και η μόνη διαφορά είναι στη θέση 167 του γονιδίου, όπου η μία παραλλαγή έχει Α και η άλλη G. Χάρη στο έργο του ανθρώπινου γονιδιώματος, γνωρίζω την πλήρη αλληλουχία του γονιδίου XYZ , έτσι σχεδιάζω το αστάρι μου ώστε να καλύπτει τις θέσεις 50-70 του XYZ. Επομένως, το αποτέλεσμα της αλληλουχίας μου θα πρέπει να αποδίδει το γονίδιο XYZ, ξεκινώντας κάπου στη θέση 100 (ακόμη και οι αντιδράσεις προσδιορισμού αλληλουχίας υψηλότερης ποιότητας χάνουν μερικές βάσεις μετά τον εκκινητή). Εάν πάρω δείγμα από έναν άνθρωπο που έχει την ίδια παραλλαγή XYZ και στα δύο αδελφά χρωμοσώματα, θα λάβω μόνο ένα αποτέλεσμα αλληλουχίας - είτε με Α είτε με G στη θέση ~67 της αλληλουχίας μου. Εάν το δείγμα μου προήλθε από έναν άνθρωπο που έχει μια παραλλαγή στο ένα χρωμόσωμα και την άλλη παραλλαγή στο άλλο, η αλληλουχία μου θα είναι διφορούμενη στη θέση ~67, και μετά από πιο προσεκτική εξέταση έβαλα την αλληλουχία δύο παραλλαγών από αυτό το δείγμα: μία με Α και μία με ένα G σε αυτή τη διφορούμενη θέση. Με αυτόν τον τρόπο μπορώ να προσδιορίσω τον γονότυπο ενός ανθρώπου για αυτό το γονίδιο: ομόζυγο XYZA/A, XYZΒΒ ή ετερόζυγο XYZΑ/Β.

ΥΓ: Μην αφήνετε τη δίκλωνη φύση του DNA να μπερδεύει τη σκέψη σας εδώ, η αλληλουχία Sanger πάντα ταξινομεί μόνο έναν κλώνο (αυτόν για τον οποίο σχεδιάσατε τον εκκινητή)! Άρα δύο αδελφά χρωμοσώματα = δύο διπλές έλικες = τέσσερις μονόκλωνοι, εκ των οποίων οι δύο θα ακολουθήσουν επειδή οι άλλες δύο περιέχουν τις συμπληρωματικές αλληλουχίες.

PPS: Ο τρόπος με τον οποίο λειτουργεί αυτό μπορεί να προκαλέσει τεράστια προβλήματα εάν το αστάρι δεν έχει σχεδιαστεί σωστά. Με 20 βάσεις, είναι πιθανό οι ίδιες 20 βάσεις να εμφανίζονται αλλού στο γονιδίωμα και ξαφνικά οι αλληλουχίες που ακολουθούν τον εκκινητή δεν διαφέρουν μόνο σε μία ή δύο θέσεις, αλλά παντού.


Αυτή είναι μια εικόνα της ακολουθίας του Sanger. Εάν αυτή η αλληλουχία είχε γίνει σε μια περιοχή όπου ένας διπλοειδής οργανισμός ήταν ετερόζυγος για ένα απλό SNP, το αρχείο ίχνους αντί να έχει μεμονωμένες καθαρές κορυφές, στο σημείο του SNP θα είχε δύο κορυφές μισού μεγέθους δύο χρωμάτων για τα δύο γράμματα παρόντες σε αυτόν τον ιστότοπο. Εάν η διαφορά μεταξύ των δύο αλληλόμορφων περιείχε περισσότερο από έναν πολυμορφισμό μεμονωμένου νουκλεοτιδίου, το αρχείο ίχνους μπορεί να φαίνεται αρκετά διαφορετικό.

Λοιπόν, αν πω την αλληλουχία του χρωμοσώματος1, τι σημαίνει αυτό στην πραγματικότητα;

Οι άνθρωποι συχνά δεν ταξινομούν απλώς την αλληλουχία ενός ολόκληρου χρωμοσώματος όπως αυτό, και σχεδόν κανείς δεν θα το έκανε πια με την τεχνολογία Sanger. Αλλά αν προσδιορίζατε την αλληλουχία ενός διπλοειδούς μη αμιγούς οργανισμού, θα περιμένατε σε σημεία ετεροζυγωτίας να λάβετε ένα μείγμα σημάτων.

Γονοτύπου-γίνεται σύγκριση μεταξύ δύο+δύο=τεσσάρων χρωμοσωμάτων1;

Οι διπλοειδείς οργανισμοί έχουν 2 αντίγραφα ενός δεδομένου χρωμοσώματος, όχι 4. Κάθε χρωμόσωμα έχει δύο κλώνους, αλλά οι πληροφορίες για τους συμπληρωματικούς κλώνους είναι πανομοιότυπες.


ΕΚΣΥΓΧΡΟΝΙΖΩ


Πριν προχωρήσετε στον προσδιορισμό της αλληλουχίας, πρέπει να λάβετε υπόψη ότι δεν αναλύετε την αλληλουχία ενός μόνο χρωμοσώματος από ένα μόνο κύτταρο. Αναλύετε την αλληλουχία ενός δείγματος DNA που αντιστοιχεί σε έναν πληθυσμό κυττάρων, που περιέχει όλα τα χρωμοσώματα. Δεν γνωρίζω διαδικασία για τη στόχευση ενός μόνο χρωμοσώματος, υπάρχουν στοχευμένες διαδικασίες για συγκεκριμένες περιοχές στα γονίδια που περιβάλλουν το γονιδίωμα.

Ή μήπως ολόκληρη η σύλληψη μου είναι εσφαλμένη;

Ναι, θα έλεγα ότι λείπει όχι ελαττωματικό.

Εχοντας πεί αυτό,

Λοιπόν, αν πω την αλληλουχία του χρωμοσώματος1, τι σημαίνει αυτό στην πραγματικότητα;

Υποθετικά αυτό θα σήμαινε ότι προσδιορίζετε την αλληλουχία του DNA από το χρωμόσωμα 1 που αντιστοιχεί σε έναν πληθυσμό κυττάρων. Αυτό σημαίνει ότι ανακτάτε την αλληλουχία του χρωμοσώματος 1 για χρήση στην κατάντη ανάλυση πολυμερίζοντας τη συμπληρωματική αλληλουχία DNA του εκμεταλλευόμενοι τη διαδικασία αντιγραφής DNA.

Σε ποιο από τα δύο χρωμοσώματα προσδιορίζεται η αλληλουχία;

Δεν υπάρχει τρόπος διαφοροποίησης μεταξύ δύο χρωμοσωμάτων σε πειράματα κύριας ροής αλληλουχίας. Το κύτταρο δεν έχει ιδέα για το ποιο χρωμόσωμα είναι ποιο και ούτε εσείς, επομένως και τα δύο χρωμοσώματα αλληλουχούνται ταυτόχρονα. Παρακαλώ σημειώστε, είπα δεν υπάρχει τρόπος διαφοροποίησης μεταξύ δύο χρωμοσωμάτων στα κύρια πειράματα αλληλουχίας

γίνεται σύγκριση μεταξύ δύο+δύο=τεσσάρων χρωμοσωμάτων1;

Αυτό έχει δύο μέρη. Τι εννοείς με τέσσερα; Εάν υπονοείτε ότι το χρωμόσωμα 1 έχει δύο κλώνους και αυτό ισοδυναμεί με 4, τότε όχι, οι δύο κλώνοι μαζί κάνουν ένα χρωμόσωμα. Το κύτταρο σας έχει 2n ή δύο χρωμοσώματα 1. Εάν προσδιορίζετε την αλληλουχία ενός πληθυσμού κυττάρων (ας πούμε 1000), έχετε δύο χιλιάδες χρωμοσώματα 1 στα οποία γίνεται η αλληλουχία, τα οποία είναι όλα παρόντα σε ζεύγη σε 1000 κύτταρα.

Γίνονται συγκρίσεις;

Στα κυρίαρχα πειράματα δεν συγκρίνουμε. Τούτου λεχθέντος, υπάρχουν μέθοδοι για τη διαφοροποίηση μεταξύ των δύο χρωμοσωμάτων 1. Το παλαιότερο που μπόρεσα να βρω είναι ένα άρθρο του M Nagano σχετικά με την αλληλουχία συγκεκριμένων αλληλίων. Σε αυτήν την περίπτωση, αφού οι γονείς σας συμβάλλουν εξίσου στο DNA σας, ο καθένας από αυτούς φέρει ορισμένες μεταλλάξεις ειδικές για το DNA του. Χρησιμοποιώντας αυτό το χαρακτηριστικό μπορούμε να διαφοροποιήσουμε το πατρικό και το μητρικό χρωμόσωμα 1.

Υπάρχει επίσης η αλληλουχία ενός κυττάρου, σε αυτήν την περίπτωση θα προσδιορίζατε την αλληλουχία των δύο χρωμοσωμάτων 1 από ένα μόνο κύτταρο, θεωρητικά μπορείτε επίσης να κάνετε αλληλουχία ειδικής αλληλουχίας σε ένα μόνο κύτταρο, επιτρέποντάς σας να διαφοροποιήσετε μεταξύ των δύο χρωμοσωμάτων 1 που υπάρχουν στο κύτταρο.

Τέλος, δεν υπάρχει τρόπος να διαφοροποιηθούν οι δύο κλώνοι, μετά την αλληλουχία όταν ευθυγραμμίσετε τα δεδομένα σας πίσω στο γονιδίωμα αναφοράς, θα γνωρίσετε την έλικα των δεδομένων.

Απάντηση σε παλιά ερώτηση


Σήμερα, η λέξη αλληλουχία είναι συνώνυμη με την αλληλουχία υψηλής απόδοσης και το άρθρο με το οποίο συνδέεστε στο σχόλιο σχετίζεται επίσης με τεχνικές αλληλουχίας υψηλής απόδοσης (το κατάλαβα από μια πρόχειρη ματιά).

Κατά τον προσδιορισμό της αλληλουχίας dna ποιος από τους δύο κλώνους προσδιορίζεται;

Και τα δύο παίρνουν σειρά.

Με ποια σειρά παρέχονται τα αποτελέσματα

Τυχαίος

κατά την αλληλουχία πώς γίνεται η αλληλουχία αυτών των δύο κλώνων;

Εάν πρόκειται για αλληλουχία απλού άκρου, δεν γνωρίζουμε ποιος κλώνος καθορίστηκε πρώτος. (Υπάρχουν τρόποι, αλλά για λόγους απλότητας ας μην πάμε εκεί)

Εάν πρόκειται για αλληλουχία ζευγών άκρων, η μία ανάγνωση προέρχεται από τον κλώνο αίσθησης και η άλλη ανάγνωση προέρχεται από τον αντίθετο κλώνο.

Μπορείτε να παρακολουθήσετε ένα βίντεο στο youtube εδώ για να μάθετε ποια είναι η διαφορά

Είναι ότι το αποτέλεσμα ενός κλώνου παρέχεται πρώτα και ακολουθεί το άλλο ή μήπως γίνεται αλληλουχία μόνο ενός από τους δύο κλώνους;

Αναφέρονται και τα δύο.

Η ερώτηση που κάνατε είναι πολύ ευρεία, μπορώ να συνεχίσω για μια χούφτα σελίδες Α4 και ακόμα να μην τελειώσω. Ερχόμενοι στην πρώτη ερώτησή σας, είπα ότι και τα δύο παίρνουν αλληλουχία, γιατί δεν έχουμε τρόπο να γνωρίζουμε κατά την αλληλουχία ποιος κλώνος γίνεται αλληλουχίας (υπάρχουν τεχνικές αλληλουχίας κλώνου, αλλά θα πρέπει πρώτα να αφομοιώσετε αυτά που αναφέρονται/συνδέονται εδώ και αργότερα με άλλα η έρευνα επανέρχεται με μια ερώτηση σχετικά με την αλληλουχία με λωρίδες).

Μετά την αλληλουχία, παίρνετε το αποτέλεσμά σας με τυχαία σειρά, επειδή αυτό που λαμβάνετε δεν είναι πραγματικά αποτέλεσμα αλλά περισσότερα αρχεία ακατέργαστων δεδομένων που ονομάζονται αρχεία FASTQ. Διαβάστε λίγο για το FASTQ. Μετά την αλληλουχία, δεν λαμβάνετε πραγματικά ένα FASTQ, αλλά λαμβάνετε ένα αρχείο BCL ή βασικής κλήσης, το οποίο πρέπει να μετατραπεί σε FASTQ. Αυτά τα FASTQ πρέπει στη συνέχεια είτε να φιλτραριστούν είτε να μην βασιστούν στην ποιότητα και στη συνέχεια να ευθυγραμμιστούν με ένα γονιδίωμα αναφοράς. Εδώ μπορείτε να μάθετε ποια ανάγνωση προήλθε από ποιο σκέλος.

Θα πρέπει να διαβάσετε περισσότερα για την αλληλουχία ενός άκρου και την αλληλουχία ζευγαρωμένων άκρων για να κατανοήσετε καλύτερα τον τρόπο προσδιορισμού της αλληλουχίας του DNA. Δείτε επίσης αυτό το βίντεο. Αυτή είναι η πιο απλοποιημένη έκδοση που μπόρεσα να βρω. Θα πρέπει να σας κάνει περίεργους χωρίς να σας βομβαρδίζει με πάρα πολλές πληροφορίες.

Τέλος, στην αλληλουχία ενός μόνο άκρου δεν έχετε τρόπο να γνωρίζετε χωρίς ευθυγράμμιση ποιος κλώνος έχει ακολουθήσει, αλλά στο ζευγαρωμένο άκρο (όπου ένα θραύσμα DNA αναλύεται και από τα δύο άκρα, δημιουργώντας δύο ζευγαρωμένες αναγνώσεις) γενικά, το ένα mate ευθυγραμμίζεται με την αίσθηση κλώνος ενώ ο άλλος ευθυγραμμίζεται με τον αντιπληροφοριακό κλώνο.


MCAT Biology: DNA and RNA Sequencing

Ένα σημαντικό μέρος της δημιουργίας εκκινητών DNA κατά την εκτέλεση μιας PCR ή άλλης ποσοτικής ανάλυσης είναι το σημείο τήξης του εκκινητή. Ποιο σετ εκκινητών πιθανότατα θα λειτουργούσε καλά μαζί ως εμπρόσθιο και ανάστροφο εκκινητές μιας PCR;

CGGACATGCTGG και GTTACCGCAGGC

ATCGCTTTGTAC και GTTACCGCAGGC

ATCGCTTTGTAC και CGGACATGCTGG

CACACTATAAAA και ATCGCTTTGTAC

GTGTGATACCCC και CACACTATAAAA

CGGACATGCTGG και GTTACCGCAGGC

Το σημείο τήξης ενός κλώνου DNA μπορεί να προβλεφθεί από τις βάσεις που το αποτελούν. Η κυτοσίνη και η γουανίνη έχουν τρεις δεσμούς υδρογόνου μεταξύ τους, επομένως συνδέονται πιο ισχυρά από τους δύο δεσμούς υδρογόνου της αδενίνης και της θυμίνης. Αυτό σημαίνει ότι οι κλώνοι που περιέχουν την ίδια ποσότητα Cs και Gs θα λειτουργούσαν καλύτερα μαζί. Υπάρχει μόνο επιλογή απάντησης στην οποία και οι δύο κλώνοι έχουν την ίδια ποσότητα Cs και Gs (ή Ts και As).

Παράδειγμα Ερώτησης #1391 : Βιολογία

Ποιο κομμάτι DNA έχει το χαμηλότερο σημείο τήξης;

Σημείωση: εμφανίζεται μόνο ένα σκέλος

Η κυτοσίνη και η γουανίνη συνδέονται πιο ισχυρά μεταξύ τους από την αδενίνη και τη γουανίνη επειδή έχουν τρεις δεσμούς υδρογόνου σε αντίθεση με δύο. Επομένως, ένα κομμάτι DNA με υψηλή συγκέντρωση Ts και As θα έχει χαμηλό σημείο τήξης. Η σωστή επιλογή έχει 8 Ts και As, ενώ οι υπόλοιπες έχουν λιγότερα από αυτό.

Παράδειγμα Ερώτησης #1391 : Βιολογία

Τα ανθρώπινα χρωμοσώματα χωρίζονται σε δύο σκέλη, έναν μακρύ βραχίονα q και έναν βραχίονα p. ΕΝΑ καρυότυπος είναι η οργάνωση του συνολικού γενετικού συμπληρώματος ενός ανθρώπινου κυττάρου. Ένας τυπικός καρυότυπος δημιουργείται ταξινομώντας το χρωμόσωμα 1 στο χρωμόσωμα 23 κατά σειρά μειούμενου μεγέθους.

Κατά την προβολή ενός καρυότυπου, μπορεί συχνά να γίνει εμφανές ότι υπάρχουν αλλαγές στον αριθμό, τη διάταξη ή τη δομή των χρωμοσωμάτων. Μεταξύ των πιο κοινών γενετικών αλλαγών είναι οι μετατοπίσεις Robertsonian, που περιλαμβάνουν τη μεταφορά χρωμοσωμικού υλικού μεταξύ των μακριών βραχιόνων ορισμένων χρωμοσωμάτων για να σχηματιστεί ένα παράγωγο χρωμόσωμα. Τα χρωμοσώματα 14 και 21, για παράδειγμα, συχνά υφίστανται μια μετατόπιση Robertson, όπως παρακάτω.

Ένας καρυότυπος αυτού του ατόμου για τα χρωμοσώματα 14 και 21 θα εμφανιζόταν ως εξής:

Αν και ένα άτομο με εκτροπές όπως η μετατόπιση Robertsonian μπορεί να είναι φαινοτυπικά φυσιολογικό, μπορεί να δημιουργήσει γαμέτες μέσω μείωσης που έχουν άτυπες οργανώσεις χρωμοσωμάτων, με αποτέλεσμα επαναλαμβανόμενες εμβρυϊκές ανωμαλίες ή αποβολές.

Το κύριο χημικό συστατικό των χρωμοσωμάτων είναι το νουκλεϊκό οξύ, αν και οι πρωτεΐνες είναι επίσης σημαντικά στοιχεία. Ποιο από τα παρακάτω ισχύει για τα νουκλεϊκά οξέα;

Το DNA περιέχει υπολείμματα ουρακίλης, ενώ το RNA περιέχει θυμίνη

Το DNA μεταφράζεται απευθείας από tRNA που συνδέεται με αμινοξέα

Περιοχές πλούσιες σε γουανίνη-κυτοσίνη έχουν υψηλότερα σημεία τήξης από περιοχές πλούσιες σε αδενίνη-θυμίνη

Το RNA παρέχει την κύρια μορφή αποθήκευσης της γενετικής πληροφορίας

Τα ριβοσώματα είναι σημαντικά στη σύνθεση μορίων RNA

Περιοχές πλούσιες σε γουανίνη-κυτοσίνη έχουν υψηλότερα σημεία τήξης από περιοχές πλούσιες σε αδενίνη-θυμίνη

Το ζεύγος γουανίνης-κυτοσίνης σχηματίζει τρεις δεσμούς υδρογόνου, αντί των δύο δεσμών που σχηματίζονται από την αδενίνη και τη θυμίνη. Οι άλλες επιλογές είναι όλες δελεαστικές, αλλά ελαφρώς λανθασμένες. Το RNA περιέχει ουρακίλη, το DNA είναι η κύρια μορφή αποθήκευσης πληροφοριών, το mRNA μεταφράζεται απευθείας από το tRNA και τα ριβοσώματα είναι σημαντικά για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Αξίζει να σημειωθεί ότι η 2' υδροξυλομάδα της ραχοκοκαλιάς του σακχάρου πεντόζης του RNA χάνεται στο DNA, γεγονός που αυξάνει τη σταθερότητα και επιτρέπει στο DNA να χρησιμεύσει ως σταθερό μέσο αποθήκευσης.

Παράδειγμα Ερώτησης #1: Κατανόηση των νουκλεϊκών οξέων

Επιλέξτε τον λόγο που είναι λιγότερο πιθανό να εξηγήσει γιατί δύο πουρίνες δεν θα φανούν ποτέ συνδεδεμένες μεταξύ τους σε μια έλικα DNA.

Οι λειτουργικές ομάδες στο τέλος μιας πουρίνης δεν θα ταιριάζουν σωστά με την άλλη πουρίνη.

Δύο πουρίνες θα μπορούσαν να προκαλέσουν εξόγκωμα στο DNA, προκαλώντας προβλήματα με τη μεταγραφή και την αντιγραφή.

Οι βάσεις πουρίνης δεν θα βρεθούν ποτέ σε αντίθετους κλώνους DNA, επομένως δεν έχουν την ικανότητα να ζευγαρώνουν μεταξύ τους.

Η ογκώδης δομή δύο δακτυλίων των πουρινών θα προκαλούσε υπερβολική παρεμπόδιση στο εσωτερικό της έλικας.

Οι βάσεις πουρίνης δεν θα βρεθούν ποτέ σε αντίθετους κλώνους DNA, επομένως δεν έχουν την ικανότητα να ζευγαρώνουν μεταξύ τους.

Οι κλώνοι DNA αποτελούνται από εκατομμύρια νουκλεοτίδια. Ως αποτέλεσμα, θα ήταν σχεδόν αδύνατο να βρεθεί ένας μόνο κλώνος που δεν είχε και τα τέσσερα νουκλεοτίδια.

Τα νουκλεοτίδια συνδυάζονται σε ζεύγη πουρίνης-πυριμιδίνης λόγω της στερικά κατάλληλης προσαρμογής των βάσεων, καθώς και του προτιμώμενου συνδυασμού δεσμών υδρογόνου μεταξύ των δύο νουκλεοτιδίων. Ως αποτέλεσμα, δύο πουρίνες δεν θα φαίνονται συνδυασμένες. Αυτό οφείλεται στο ότι και τα δύο είναι πολύ μεγάλα όταν είναι μαζί και στον εσφαλμένο δεσμό υδρογόνου μεταξύ των λειτουργικών τους ομάδων.

Παράδειγμα Ερώτησης #1391 : Βιολογία

Ποιο τμήμα του DNA θα είχε το υψηλότερο σημείο τήξης όταν ζευγαρωθεί με τον συμπληρωματικό κλώνο του;

Τα ζεύγη βάσεων νουκλεοτιδίων DNA συγκρατούνται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου. Η κυτοσίνη και η γουανίνη συγκρατούνται μεταξύ τους με τρεις δεσμούς υδρογόνου, όπου η αδενίνη και η θυμίνη συγκρατούνται μόνο από δύο. Ο αυξημένος δεσμός υδρογόνου μέσα σε μια αλυσίδα DNA θα αυξήσει το σημείο τήξης. Το τμήμα DNA με τα περισσότερα ζεύγη βάσεων γουανίνης-κυτοσίνης θα έχει το υψηλότερο σημείο τήξης.

Παράδειγμα Ερώτησης #1391 : Βιολογία

Ποια από τις ακόλουθες επιλογές περιλαμβάνει εκφυλισμένα κωδικόνια;

Ο όρος "εκφυλισμένα κωδικόνια" αναφέρεται σε κωδικόνια με διαφορετικές αλληλουχίες βάσεων νουκλεοτιδίων που προσδιορίζουν το ίδιο αμινοξύ. Στα παρεχόμενα παραδείγματα, δύο κωδικόνια (UCU και UCA) καθορίζουν και τα δύο σερίνη, υποδεικνύοντας ότι αυτή είναι η σωστή απάντηση.

Παράδειγμα Ερώτησης #1396 : Βιολογία

Το 2013, οι επιστήμονες συνέδεσαν μια κυτταρική απόκριση που ονομάζεται απόκριση ξεδιπλωμένης πρωτεΐνης (UPR) με μια σειρά νευροεκφυλιστικών ασθενειών, συμπεριλαμβανομένων σημαντικών προβλημάτων υγείας όπως η νόσος του Πάρκινσον και η νόσος του Αλτσχάιμερ. Σύμφωνα με τη δουλειά τους, η απόκριση που δεν έχει ξεδιπλωθεί είναι μια μείωση στη μετάφραση ως αποτέλεσμα μιας σειράς ενζύμων που τροποποιούν έναν παράγοντα έναρξης μετάφρασης, eIF2, όπως παρακάτω:

Στην παραπάνω αλληλουχία, ο αισθητήρας της ξεδιπλωμένης πρωτεΐνης συνδέεται με την ξεδιπλωμένη πρωτεΐνη, όπως το παθογόνο αμυλοειδές-βήτα που βρίσκεται στους εγκεφάλους ασθενών με νόσο Αλτσχάιμερ. Αυτός ο αισθητήρας στη συνέχεια φωσφορυλιώνει το PERK ή την κινάση της πρωτεΐνης RNA του ενδοπλασματικού δικτύου. Αυτό οδηγεί σε μεταγενέστερες επιδράσεις στο eIF2, η αναστολή του οποίου καταστέλλει τη μετάφραση. Θεωρείται ότι τα συμπτώματα της νευροεκφυλιστικής νόσου μπορεί να είναι αποτέλεσμα αυτής της μειωμένης μετάφρασης.

Κατά τη μετάφραση, ο γενετικός κώδικας χρησιμοποιείται για τη μετατροπή μιας αλληλουχίας αζωτούχων βάσεων στο mRNA σε μια αλληλουχία αμινοξέων. Ποιο από τα παρακάτω ισχύει για τον γενετικό κώδικα;

I. Περισσότερες από μία αλληλουχίες κωδικονίων κωδικοποιούν ένα μόνο αμινοξύ

II. Η πιο 5' θέση του κωδικονίου στο mRNA είναι η θέση ταλάντωσης

III. Κάθε αλληλουχία κωδικονίου κωδικοποιεί μόνο ένα αμινοξύ

Ο γενετικός κώδικας είναι σαφής, επειδή κάθε κωδικόνιο κωδικοποιεί μόνο ένα αμινοξύ. Είναι επίσης εκφυλισμένο, έτσι ώστε κάθε αμινοξύ να μπορεί να κωδικοποιηθεί από πολλαπλά κωδικόνια. Η επιλογή 2 είναι λανθασμένη, καθώς η πιο 3' θέση στο mRNA είναι η θέση ταλάντωσης.

Παράδειγμα Ερώτησης #1397 : Βιολογία

Ένας βραχύς πολυνουκλεοτιδικός κλώνος με τη βασική αλληλουχία του AUCCCUGG πρέπει να είναι __________.

Οι πολυνουκλεοτιδικές αλληλουχίες είναι νουκλεϊκά οξέα, επομένως πρέπει να είναι DNA ή RNA. Οποιαδήποτε αλληλουχία που περιέχει U (ουρακίλη) πρέπει να είναι RNA, ωστόσο δεν υπάρχει τρόπος να προσδιοριστεί ο τύπος του RNA απλά κοιτάζοντας την αλληλουχία. Αυτή η αλληλουχία θα μπορούσε να κωδικοποιεί για mRNA, rRNA ή tRNA.

Το mRNA χρησιμοποιείται για τη μετάφραση πρωτεϊνών. Το rRNA παίζει δομικό και λειτουργικό ρόλο στη σύνθεση ριβοσωμάτων. Το tRNA μεταφέρει αμινοξέα στο ριβόσωμα κατά τη μετάφραση.

Παράδειγμα Ερώτησης #1 : Αλληλουχία DNA και Rna

Ποιο από τα παρακάτω τακτοποιεί σωστά τις βάσεις στον βρόχο αντικωδικονίου ενός tRNA που φέρει τρυπτοφάνη;

Η τρυπτοφάνη, η οποία κωδικοποιείται στο mRNA ως 3'-UGG-5', πρόκειται να μεταφερθεί στο ριβόσωμα μέσω t-RNA τρυπτοφάνης. Ο βρόχος αντικωδικονίου πρέπει να είναι συμπληρωματικός προς τον κλώνο mRNA. Εφόσον ο κωδικός για την τρυπτοφάνη είναι 3'-UGG-'5, ο βρόχος αντικωδικονίου του t-RNA πρέπει να διαβάζει 3'-CCA-5' για να ευθυγραμμιστεί.

Παράδειγμα Ερώτησης #1392 : Βιολογία

Τα κωδικόνια GGU, GGA, GGC και GGG κωδικοποιούν όλα το ίδιο αμινοξύ, τη γλυκίνη. Ποιος βιολογικός όρος χρησιμοποιείται για να περιγράψει αυτό το φαινόμενο;

Ο εκφυλισμός αναφέρεται στο γεγονός ότι περισσότερα από ένα κωδικόνια μπορούν να κωδικοποιήσουν το ίδιο αμινοξύ. Αυτά τα κωδικόνια διαφέρουν γενικά ως προς την τρίτη ή «ταλαντευόμενη» βάση τους. Ο εκφυλισμός εξηγεί πώς μπορεί να υπάρχουν συνολικά εξήντα τέσσερα πιθανά κωδικόνια που αντιστοιχούν μόνο σε είκοσι αμινοξέα.

Όλοι οι πόροι βιολογίας MCAT

Αναφέρετε ένα πρόβλημα με αυτήν την ερώτηση

Εάν έχετε βρει κάποιο πρόβλημα με αυτήν την ερώτηση, ενημερώστε μας. Με τη βοήθεια της κοινότητας μπορούμε να συνεχίσουμε να βελτιώνουμε τους εκπαιδευτικούς μας πόρους.


Sanger Sequencing

Η μέθοδος προσδιορισμού αλληλουχίας DNA που αναπτύχθηκε από τον Fred Sanger αποτελεί τη βάση των αυτοματοποιημένων αντιδράσεων προσδιορισμού αλληλουχίας «κύκλου» σήμερα. Κλιμάκωση στην ακολουθία. Στη δεκαετία του 1980, δύο βασικές εξελίξεις επέτρεψαν στους ερευνητές να πιστέψουν ότι η αλληλούχιση ολόκληρου του γονιδιώματος θα μπορούσε να είναι δυνατή. Η πρώτη ήταν μια τεχνική που ονομάζεται αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR) που επέτρεψε την παραγωγή πολλών αντιγράφων της αλληλουχίας DNA γρήγορα και με ακρίβεια. Η δεύτερη, μια αυτοματοποιημένη μέθοδος προσδιορισμού αλληλουχίας DNA, βασισμένη στη χημεία της PCR και στη διαδικασία προσδιορισμού αλληλουχίας που αναπτύχθηκε από τον Frederick Sanger το 1977.
(Τοποθεσία DNAi: Γονιδίωμα > Το έργο > Συνδυασμός > Κινούμενα σχέδια > Αλληλουχία Sanger)

Η πρώτη μέθοδος αλληλουχίας του γενετικού κώδικα επινοήθηκε από τον Fred Sanger. Για την αλληλουχία του DNA, πρέπει πρώτα να διαχωριστεί σε δύο κλώνους. Ο κλώνος που πρόκειται να προσδιοριστεί η αλληλουχία αντιγράφεται χρησιμοποιώντας χημικά αλλαγμένες βάσεις. Αυτές οι τροποποιημένες βάσεις προκαλούν τη διακοπή της διαδικασίας αντιγραφής κάθε φορά που ένα συγκεκριμένο γράμμα ενσωματώνεται στην αναπτυσσόμενη αλυσίδα DNA. Αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται και για τις τέσσερις βάσεις και στη συνέχεια τα θραύσματα ενώνονται σαν παζλ για να αποκαλυφθεί η αλληλουχία του αρχικού κομματιού DNA.

Αλληλουχία Sanger, Fred Sanger, Frederick Sanger, αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης, αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης PCR, Sanger DNA, DNA


Οι επιστήμονες λένε: Αλληλουχία DNA

Αυτά τα γράμματα και τα χρώματα αντιπροσωπεύουν έναν κωδικό DNA και καταστρέφουν τις χημικές ουσίες που συνθέτουν ένα σκέλος του γενετικού μας σχεδίου. Οι επιστήμονες μπορούν να πάρουν δείγματα χρησιμοποιώντας το στυλεό από οργανισμούς και να «διαγνώσουν» το DNA τους μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται αλληλουχία DNA.

Μοιραστείτε αυτό:

Αλληλουχία DNA (ουσιαστικό, "D. N. A. SEE-kwen-sing")

Καθένας από εμάς έχει το δικό του μοναδικό DNA - μακρά μόρια που φέρουν οδηγίες για το πώς να φτιάξουμε και να λειτουργήσουμε το σώμα μας. Το DNA αποτελείται από τέσσερις χημικές ουσίες που ονομάζονται νουκλεοτίδια. Ζευγαρώνουν μεταξύ τους για να σχηματίσουν μια ακολουθία. Αυτά τα νουκλεοτίδια είναι η αδενίνη, η κυτοσίνη, η γουανίνη και η θυμίνη (ή A, C, G και T). Η αδενίνη συνδυάζεται με τη θυμίνη. Η κυτοσίνη ζευγαρώνει με τη γουανίνη. Τα κύτταρά μας αποκωδικοποιούν εξαιρετικά μεγάλες αλληλουχίες αυτών των ζευγών για να λάβουν οδηγίες για το ποιες πρωτεΐνες να φτιάξουν.

Εκπαιδευτικοί και γονείς, εγγραφείτε στο The Cheat Sheet

Εβδομαδιαίες ενημερώσεις που θα σας βοηθήσουν να χρησιμοποιήσετε Επιστημονικά Νέα για φοιτητές στο μαθησιακό περιβάλλον

Τώρα, οι επιστήμονες μπορούν να πάρουν κύτταρα από οποιονδήποτε ζωντανό οργανισμό και να εκτελέσουν Αλληλουχία DNA — αντιστοίχιση κάθε νουκλεοτιδίου με το ζεύγος του. Αυτή η διαδικασία επιτρέπει στους επιστήμονες να προσδιορίσουν τι ακριβώς «λέει» κάθε κλώνος DNA. Ο προσδιορισμός της αλληλουχίας του DNA βοηθά τους επιστήμονες να απαντήσουν σε σημαντικές ερωτήσεις - από ποιο είδος προήλθε το δείγμα μέχρι τις οδηγίες που μπορεί να περιέχει ο κλώνος του DNA.

Σε μια πρόταση

Ένας έφηβος χρησιμοποίησε αλληλουχία DNA για να ανακαλύψει ποια βακτήρια στο έντερο ενός σκουληκιού θα μπορούσαν να αφομοιώσουν το πλαστικό.

Power Words

(για περισσότερα σχετικά με το Power Words, κάντε κλικ εδώ)

κύτταρο Η μικρότερη δομική και λειτουργική μονάδα ενός οργανισμού. Τυπικά πολύ μικρό για να το δει κανείς με γυμνό μάτι, αποτελείται από υδαρές υγρό που περιβάλλεται από μια μεμβράνη ή τοίχο. Τα ζώα αποτελούνται από χιλιάδες έως τρισεκατομμύρια κύτταρα, ανάλογα με το μέγεθός τους. Μερικοί οργανισμοί, όπως ζυμομύκητες, μούχλα, βακτήρια και μερικά φύκια, αποτελούνται από ένα μόνο κύτταρο.

χημική ουσία Μια ουσία που σχηματίζεται από δύο ή περισσότερα άτομα που ενώνονται (ενώνονται μεταξύ τους) σε μια σταθερή αναλογία και δομή. Για παράδειγμα, το νερό είναι μια χημική ουσία που αποτελείται από δύο άτομα υδρογόνου συνδεδεμένα με ένα άτομο οξυγόνου. Το χημικό του σύμβολο είναι H 2 O. Το χημικό μπορεί επίσης να είναι ένα επίθετο που περιγράφει ιδιότητες υλικών που είναι αποτέλεσμα διαφόρων αντιδράσεων μεταξύ διαφορετικών ενώσεων.

αποκρυπτογραφώ Για να μετατρέψετε ένα κρυφό ή μυστικό μήνυμα σε γλώσσα κατανοητή.

σύνοψη (ουσιαστικό: πέψη) Η διάσπαση της τροφής σε απλές ενώσεις που το σώμα μπορεί να απορροφήσει και να χρησιμοποιήσει για την ανάπτυξη. Ορισμένες μονάδες επεξεργασίας λυμάτων αξιοποιούν μικρόβια για την πέψη &mdash ή την υποβάθμιση των απορριμμάτων &mdash έτσι ώστε τα προϊόντα διάσπασης να μπορούν να ανακυκλωθούν για χρήση αλλού στο περιβάλλον.

Αλληλουχία DNA Η διαδικασία προσδιορισμού της ακριβούς σειράς των ζευγαρωμένων δομικών στοιχείων &mdash που ονομάζονται νουκλεοτίδια &mdash που σχηματίζουν κάθε βαθμίδα ενός κλώνου DNA που μοιάζει με σκάλα. Υπάρχουν μόνο τέσσερα νουκλεοτίδια: αδενίνη, κυτοσίνη, γουανίνη και θυμίνη (τα οποία συντομεύονται A, C, G και T). Και η αδενίνη πάντα ζευγαρώνει με τη θυμίνη, η κυτοσίνη πάντα ζευγαρώνει με τη γουανίνη.

γονίδιο (επίθ. γενετικό) Τμήμα DNA που κωδικοποιεί ή περιέχει οδηγίες για την παραγωγή μιας πρωτεΐνης. Οι απόγονοι κληρονομούν γονίδια από τους γονείς τους. Τα γονίδια επηρεάζουν την εμφάνιση και τη συμπεριφορά ενός οργανισμού.

γουανίνη Μία από τις τέσσερις ουσίες που χρειάζονται οι οργανισμοί για να παράγουν DNA.

μόριο Μια ηλεκτρικά ουδέτερη ομάδα ατόμων που αντιπροσωπεύει τη μικρότερη δυνατή ποσότητα μιας χημικής ένωσης. Τα μόρια μπορούν να κατασκευαστούν από απλούς τύπους ατόμων ή διαφορετικών τύπων. Για παράδειγμα, το οξυγόνο στον αέρα αποτελείται από δύο άτομα οξυγόνου (Ο2 ), αλλά το νερό αποτελείται από δύο άτομα υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου (Η2Ο).

νουκλεοτίδια Οι τέσσερις χημικές ουσίες που, σαν σκαλοπάτια σε μια σκάλα, συνδέουν τους δύο κλώνους που αποτελούν το DNA. Είναι: Α (αδενίνη), Τ (θυμίνη), C (κυτοσίνη) και G (γουανίνη). Το A συνδέεται με το T και το C συνδέεται με το G, σχηματίζοντας DNA. Στο RNA, η ουρακίλη αντικαθιστά τη θυμίνη.

οργανισμός Οποιοδήποτε ζωντανό ον, από ελέφαντες και φυτά μέχρι βακτήρια και άλλους τύπους μονοκύτταρης ζωής.

πλαστική ύλη Οποιοδήποτε από μια σειρά υλικών που είναι εύκολα παραμορφώσιμα ή συνθετικά υλικά που έχουν κατασκευαστεί από πολυμερή (μακριές χορδές κάποιου μορίου δομικού στοιχείου) που τείνουν να είναι ελαφρύ, φθηνό και ανθεκτικό στην αποικοδόμηση.

πρωτεΐνες Ενώσεις που παράγονται από μία ή περισσότερες μακριές αλυσίδες αμινοξέων. Οι πρωτεΐνες αποτελούν ουσιαστικό μέρος όλων των ζωντανών οργανισμών. Αποτελούν τη βάση των ζωντανών κυττάρων, των μυών και των ιστών και κάνουν επίσης τη δουλειά μέσα στα κύτταρα. Η αιμοσφαιρίνη στο αίμα και τα αντισώματα που προσπαθούν να καταπολεμήσουν τις λοιμώξεις είναι από τις πιο γνωστές, αυτόνομες πρωτεΐνες. Τα φάρμακα συχνά δρουν κολλώντας πάνω σε πρωτεΐνες.

αλληλουχία Τεχνολογίες που καθορίζουν τη σειρά των νουκλεοτιδίων ή των γραμμάτων σε ένα μόριο DNA που εξηγούν τα χαρακτηριστικά ενός οργανισμού και τα χαρακτηριστικά.

είδος Μια ομάδα παρόμοιων οργανισμών ικανών να παράγουν απογόνους που μπορούν να επιβιώσουν και να αναπαραχθούν.

μοναδικός Κάτι που δεν μοιάζει με τίποτα άλλο το μοναδικό στο είδος του.

Σχετικά με την Bethany Brookshire

Η Bethany Brookshire ήταν μακροχρόνια συγγραφέας στο προσωπικό Επιστημονικά Νέα για φοιτητές. Έχει Ph.D. στη φυσιολογία και τη φαρμακολογία και του αρέσει να γράφει για τις νευροεπιστήμες, τη βιολογία, το κλίμα και άλλα. Πιστεύει ότι τα Porgs είναι ένα χωροκατακτητικό είδος.

Πόροι στην τάξη για αυτό το άρθρο Μάθετε περισσότερα

Διατίθενται δωρεάν πόροι εκπαιδευτικών για αυτό το άρθρο. Εγγραφείτε για πρόσβαση:


Βιοπληροφορικές και βιοστατιστικές μέθοδοι για ανάλυση μεθυλώματος DNA της παχυσαρκίας

Sarah Amandine Caroline Voisin, στο Computational Epigenetics and Diseases, 2019

Ποιο λογισμικό και σύνολα δεδομένων πρέπει να χρησιμοποιήσω για να αναλύσω δεδομένα μεθυλίωσης DNA στο πλαίσιο της παχυσαρκίας;

Ανεξάρτητα από την επιλεγμένη τεχνική μεθυλίωσης DNA (RRBS, συστοιχίες Illumina, MeDIP-seq, Me-DIP chip, κ.λπ.), οι πρόσφατες συντονισμένες προσπάθειες της κοινότητας βιοπληροφορικής κατέστησαν δυνατή την προεπεξεργασία, το φιλτράρισμα, την κανονικοποίηση και την εκτέλεση όλων των ειδών στατιστικών αναλύσεις σε δεδομένα μεθυλίωσης DNA με το στατιστικό λογισμικό R. Το 2003, το έργο ανοιχτού κώδικα, ανοιχτής ανάπτυξης Bioconductor ξεκίνησε με στόχο την παροχή εργαλείων για την ανάλυση και την κατανόηση γονιδιωματικών δεδομένων υψηλής απόδοσης, χρησιμοποιώντας τη γλώσσα προγραμματισμού R. Αποδείχθηκε εξαιρετικά επιτυχημένη και είναι πλέον η κορυφαία πλατφόρμα για την ανάλυση δεδομένων μεθυλίωσης DNA, είτε στο πλαίσιο της παχυσαρκίας είτε σε άλλα πλαίσια ασθενειών [15] . Μεταξύ των 1473 πακέτων που βρίσκονται τώρα στον ιστότοπο [16] , τα 68 περιλαμβάνουν αλγόριθμους για την προεπεξεργασία και την ανάλυση δεδομένων μεθυλίωσης DNA. Η εξαιρετική ανασκόπηση από τους Teschendorff και Relton περιέγραψε λεπτομερώς αυτούς τους αλγόριθμους και τα πακέτα λογισμικού για μεταγενέστερες αναλύσεις δεδομένων μεθυλίωσης DNA, συμπεριλαμβανομένων αλγορίθμων για αποσυνέλιξη τύπου κυττάρου, επιλογή χαρακτηριστικών, καθώς και ανάλυση μονοπατιών, ενσωμάτωσης και ανάλυσης σε επίπεδο συστήματος [17] .

Είναι δίκαιο να πούμε ότι δεν υπάρχει χρυσό πρότυπο για την προεπεξεργασία δεδομένων μεθυλίωσης DNA από τσιπ σφαιριδίων Illumina, αλλά υπάρχουν μερικά σημαντικά βήματα που πρέπει να εφαρμοστούν για να αυξηθεί η εγκυρότητα των αποτελεσμάτων. Πρώτον, είναι σημαντικό να πραγματοποιηθεί ένας logit μετασχηματισμός των τιμών β, που αντιπροσωπεύουν το ποσοστό μεθυλίωσης σε μια δεδομένη CpG, σε τιμές M. Οι τιμές β κυμαίνονται από 0 (κανένα αλληλόμορφο δεν είναι μεθυλιωμένο) έως 1 (όλα τα αλληλόμορφα είναι μεθυλιωμένα) και είναι εμφανώς ετεροσκεδαστικές όταν είναι κοντά στο 0 και το 1. Αυτό είναι ένα πρόβλημα για τις περισσότερες στατιστικές δοκιμές που υποθέτουν ομοσκεδαστικότητα, αλλά αυτό μπορεί να αποφευχθεί με χρησιμοποιώντας τιμές M, που ορίζονται ως M = log 2 ( β 1 − β ) , αφού οι τιμές M είναι κατά προσέγγιση ομοσκεδαστικές [18] . Οι περισσότερες μελέτες διεξάγουν τις αναλύσεις τους με τιμές M και αναφέρουν τα αποτελέσματά τους με β αξίες, αφού β οι αξίες έχουν μια πιο απλή βιολογική ερμηνεία. Δεύτερον, είναι πρωταρχικής σημασίας να ληφθούν υπόψη τα δύο διαφορετικά σχέδια ανιχνευτών στα τσιπ Illumina HumanMethylation 450k και EPIC, που ονομάζονται σχέδια τύπου Ι και τύπου II. ΕΙΔΙΚΑ, β Οι τιμές από ανιχνευτές τύπου II είναι λιγότερο ακριβείς και αναπαραγώγιμες από τους ανιχνευτές τύπου Ι και εμφανίζουν διαφορετικές κατανομές [19] . Είναι δυνατόν να ληφθεί υπόψη αυτή η διαφορά στο σχεδιασμό του ανιχνευτή είτε αναλύοντας ξεχωριστά τους δύο τύπους ανιχνευτών είτε κανονικοποιώντας τις τιμές μεθυλίωσης απευθείας με διόρθωση βάσει κορυφής (PBC) [19] , κανονικοποίηση Beta-MIxture Quantile (BMIQ) [20 ] ή Παλινδρόμηση σε συσχετισμένους ανιχνευτές (RCP) [21] . Υπάρχουν μόνο μικρές διαφορές απόδοσης μεταξύ αυτών των μεθόδων, αλλά το RCP φαίνεται να τις ξεπερνά όλες και να είναι υπολογιστικά αποτελεσματικό [21] . Τέλος, τα δείγματα εκτελούνται συχνά σε διαφορετικές πλάκες και σε διαφορετικές θέσεις στις πλάκες, εισάγοντας γνωστά αποτελέσματα παρτίδας που θα μπορούσαν να έχουν δραματικές συνέπειες στην κατάντη ανάλυση εάν η κατανομή του δείγματος στις πλάκες είναι άνιση μεταξύ των ομάδων. Είναι δυνατή η προσαρμογή για αυτό το φαινόμενο παρτίδας, είτε προσθέτοντας τόσο τον αριθμό της πλάκας και τη θέση της πλάκας ως συμμεταβλητές στη στατιστική ανάλυση, είτε κανονικοποιώντας τα δεδομένα μεθυλίωσης χρησιμοποιώντας εμπειρικές μεθόδους Bayes (ComBat) [22] , ανάλυση υποκατάστατης μεταβλητής ( SVA) [23] , λειτουργική κανονικοποίηση [24] , Κατάργηση ανεπιθύμητης παραλλαγής (RUVm) [25] και BEclear [26] . Το ComBat είναι μια πολύ δημοφιλής μέθοδος που είναι εύκολη στην εφαρμογή, αλλά το RUVm είναι ιδιαίτερα ωφέλιμο για την ανάλυση πολύ «ακατάστατων» συνόλων δεδομένων, όπως αυτά που επιδιώκουν να συνδυάσουν δείγματα από πολλαπλά εργαστήρια/μελέτες [25] .

Οι επιστήμονες θα πρέπει να προσπαθήσουν να συνδυάσουν πολλαπλά σύνολα δεδομένων από διαφορετικές μελέτες ή να αναπαράγουν τα αποτελέσματά τους σε διαφορετικές κοόρτες για να ενισχύσουν τα ευρήματά τους. Τα δεδομένα μεθυλίωσης του DNA δεν είναι τόσο ευαίσθητα όσο τα γενετικά δεδομένα και κοινοποιούνται πιο εύκολα στην επιστημονική κοινότητα. Όλο και περισσότερα περιοδικά ζητούν τώρα από τους συγγραφείς να καταθέσουν τα ακατέργαστα και επεξεργασμένα δεδομένα μεθυλίωσης του DNA σε αποθετήρια ανοιχτής πρόσβασης πριν γίνει αποδεκτή η δημοσίευση. Οι πλατφόρμες Gene Expression Omnibus (GEO) [27] και ArrayExpress [28] περιέχουν αρκετές χιλιάδες σύνολα δεδομένων μεθυλίωσης DNA σε ανθρώπους, τα οποία αποτελούν έναν πολύτιμο και υποεκμετάλλευτο θησαυρό για ερευνητικές ομάδες που εργάζονται σε δεδομένα μεθυλίωσης DNA. Για παράδειγμα, μια μεγάλη μελέτη συσχέτισης σε επίπεδο επιγονιδιώματος (EWAS) του δείκτη μάζας σώματος [14] χρησιμοποίησε ένα σύνολο δεδομένων από τη βάση δεδομένων GEO για να εκτελέσει αναλύσεις συσχέτισης διασταυρούμενων ιστών, οι οποίες οδήγησαν στην ανακάλυψη ότι οι τόποι μεθυλίωσης είναι εμπλουτισμένοι για λειτουργικά γονιδιωματικά χαρακτηριστικά σε πολλαπλούς ιστούς. Ωστόσο, μπορεί να είναι δύσκολο να ληφθούν φαινοτυπικά δεδομένα σε δείγματα που έχουν κατατεθεί σε τέτοιες πλατφόρμες ανοιχτής πρόσβασης, καθώς οι συγγραφείς τείνουν να μοιράζονται την ελάχιστη ποσότητα φαινοτυπικών πληροφοριών κατά τη μεταφόρτωση συνόλων δεδομένων. Στη συνέχεια, είναι δύσκολο να επικοινωνήσετε με κάθε συγγραφέα κάθε συνόλου δεδομένων και θα πρέπει να καταβληθούν προσπάθειες ώστε αυτές οι φαινοτυπικές πληροφορίες να είναι πιο προσιτές.


DNA Sequencing, Without the Fuss

Η τεχνολογία προσδιορισμού αλληλουχίας DNA έχει βελτιωθεί αλματωδώς τα τελευταία χρόνια, με αρκετές τεχνικές να συναγωνίζονται για την υπεροχή. Τώρα μια πρωτοποριακή τεχνολογία, που ονομάζεται αλληλουχία νανοπόρου, φαίνεται έτοιμη να μεταπηδήσει στο μπροστινό μέρος του πακέτου. Οι ερευνητές απέδειξαν για πρώτη φορά ότι μπορούν να διαβάζουν συνεχώς τα χημικά γράμματα του DNA καθώς αυτό ταξιδεύει μέσα από έναν μικροσκοπικό πόρο, ανοίγοντας το δρόμο για ένα νέο είδος μηχανής προσδιορισμού αλληλουχίας που αποκωδικοποιεί το DNA όπως ένας εκφωνητής που διαβάζει μια ταινία. Η πρόοδος μπορεί να μειώσει το κόστος της αλληλούχισης ενός πλήρους ανθρώπινου γονιδιώματος κάτω από τα 1000 δολάρια, κάτι που αναμένεται να φέρει επανάσταση στην εξατομικευμένη ιατρική και να βοηθήσει στην έναρξη μιας νέας εποχής γενετικής διάγνωσης και φαρμάκων.

Οι περισσότερες τεχνικές αλληλουχίας απαιτούν μέρες εργασίας. Οι μηχανές αντιγράφουν κλώνους DNA και τις τροποποιούν με φθορίζουσες ετικέτες και άλλες ενώσεις για να μπορούν να διαβάζουν τα γράμματα ή τις βάσεις της αλληλουχίας του DNA. Ο προσδιορισμός αλληλουχίας νανοπόρου υπόσχεται να καταργήσει αυτά τα πρόσθετα βήματα με την αλληλούχιση μεμονωμένων μη τροποποιημένων κλώνων DNA, και έτσι πιθανώς να γίνει η ταχύτερη και φθηνότερη μέθοδος αλληλούχισης στην αγορά.

Η ιδέα να περάσει ένας κλώνος DNA μέσω ενός μικρού πόρου και στη συνέχεια να διαβάσει τα χημικά του γράμματα προτάθηκε για πρώτη φορά από ερευνητές στη Μασαχουσέτη και την Καλιφόρνια το 1996. Από τότε οι επιστήμονες έχουν καταλάβει πώς να οδηγούν το DNA μέσω πρωτεϊνών με μικροσκοπικούς πόρους ενσωματωμένους σε ένα φιλμ χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρικό φορτίο. Καθώς οι βάσεις του DNA περνούν μέσα από τον πόρο, αλλάζουν το ηλεκτρικό φορτίο. Τα ευαίσθητα ηλεκτρονικά ανιχνεύουν αυτές τις αλλαγές και αναγνωρίζουν τις βάσεις.

Ένα σημαντικό πρόβλημα, ωστόσο, ήταν ότι όταν εφαρμόζεται ηλεκτρική τάση στο φιλμ, το DNA τείνει να κινείται μέσω του νανοπόρου πολύ γρήγορα για να διαβάσει όλες τις βάσεις με τη σειρά. Πριν από δύο χρόνια, ο Mark Akeson και οι συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Santa Cruz, βρήκαν μια πιθανή λύση. Πρόσθεσαν μια πρωτεΐνη που ονομάζεται phi29 σε μια εγκατάσταση νανοπόρου. Η πρωτεΐνη άρπαξε χαλαρά πάνω σε έναν κλώνο DNA καθώς κινούνταν μέσω του νανοπόρου, επιβραδύνοντας την πρόοδό της.

Τώρα, μια ομάδα με επικεφαλής τον Jens Gundlach, έναν φυσικό στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, στο Σιάτλ, αναφέρει σήμερα στο Βιοτεχνολογία Φύσης ότι έχει ενσωματώσει την πρωτεΐνη phi29 του Akeson στη διάταξη νανοπόρων του, η οποία χρησιμοποιεί μια διαφορετική πρωτεΐνη πόρων που είναι πιο ικανή στο να αναγνωρίζει γρήγορα και τις τέσσερις χημικές βάσεις. Η πρωτεΐνη phi29 επιβραδύνει το DNA έτσι ώστε μόνο 20 έως 30 νουκλεοτιδικές βάσεις κινούνται μέσα από τον πόρο κάθε δευτερόλεπτο, καθιστώντας δυνατή την ηλεκτρική αναγνώριση καθεμιάς καθώς περνά. "Είναι πραγματικά το ιερό δισκοπότηρο της αλληλουχίας νανοπόρων", λέει ο Gundlach.

Η προκαταβολή υπόσχεται να τελειώσει τον ανταγωνισμό με μια εταιρεία αλληλουχίας νανοπόρων που ονομάζεται Oxford Nanopore Technologies. Τον Φεβρουάριο, αξιωματούχοι αυτής της εταιρείας είπαν στους παρευρισκόμενους σε μια συνάντηση τεχνολογίας αλληλουχίας στη Φλόριντα ότι είχαν ήδη αρπάξει αυτό το δισκοπότηρο. Η εταιρεία είπε ότι όχι μόνο θα μπορούσε να διαβάσει ηλεκτρικά την πλήρη αλληλουχία των νουκλεοτιδίων στο DNA καθώς περνούσαν μέσα από έναν μεμονωμένο πόρο, αλλά ότι στις αρχές του 2013 θα πουλά μηχανές με χιλιάδες νανοπόρους που θα λειτουργούν παράλληλα, καθιστώντας δυνατή την αλληλουχία ενός πλήρους γονιδίωμα σε μόλις 15 λεπτά, για περίπου 1000 $.

Οι περισσότεροι ερευνητές του γονιδιώματος συμφωνούν ότι αυτό θα ήταν ένα εντυπωσιακό κατόρθωμα αν αληθεύει. Περιμένουν όμως ακόμη αποδείξεις. "Η Oxford Nanopore ήταν η πρώτη ανακοίνωση, αλλά έχουν επικριθεί δριμύτατα επειδή δεν παρουσίασαν πολλά δεδομένα", λέει ο χημικός Geoffrey Barrall, πρόεδρος της Electronic BioSciences στο Σαν Ντιέγκο της Καλιφόρνια, η οποία αναπτύσσει επίσης την αλληλουχία νανοπόρων. Αντίθετα, λέει ο Barrall, τα αποτελέσματα του Gundlach και των συνεργατών του φαίνονται πειστικά. "Αυτό είναι το πρώτο χαρτί όπου κάποιος έχει όντως αναλύσει την αλληλουχία του DNA."


Το πείραμα Meselson - Stahl

Η δομή του DNA πρότεινε στους Watson και Crick τον μηχανισμό με τον οποίο το DNA &mdash επομένως τα γονίδια &mdash μπορούσαν να αντιγραφούν πιστά. Πρότειναν ότι όταν ήρθε η ώρα για την αντιγραφή του DNA, οι δύο κλώνοι του μορίου

  • χωρισμένοι μεταξύ τους αλλά
  • παρέμεινε ανέπαφο καθώς το καθένα χρησίμευε ως πρότυπο για τη σύνθεση του
  • ένα συμπληρωματικό σκέλος.

Όταν ολοκληρωθεί η διαδικασία αντιγραφής, έχουν παραχθεί δύο μόρια DNA &mdash πανομοιότυπα μεταξύ τους και πανομοιότυπα με το αρχικό &mdash.

Αυτός ο τρόπος αντιγραφής περιγράφεται ως ημισυντηρητικός: το μισό κάθε νέου μορίου DNA είναι παλιό μισό νέο.

Ενώ οι Watson και Crick είχαν προτείνει ότι αυτός ήταν ο τρόπος με τον οποίο θα αποδεικνυόταν η αντιγραφή του DNA, η απόδειξη του μοντέλου προήλθε από τα πειράματα των M. S. Meselson και F. W. Stahl.

Μεγάλωσαν Ε. coli είναι ένα μέσο που χρησιμοποιεί ιόντα αμμωνίου (NH4 + ) ως πηγή αζώτου για τη σύνθεση DNA (καθώς και πρωτεϊνών). 14 Το N είναι το κοινό ισότοπο του αζώτου, αλλά θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιήσουν ιόντα αμμωνίου που ήταν εμπλουτισμένα για ένα σπάνιο βαρύ ισότοπο αζώτου, 15 Ν.

Μετά την ανάπτυξη Ε. coli για αρκετές γενιές σε ένα μέσο που περιέχει 15 NH4 + , βρήκαν ότι το DNA των κυττάρων ήταν βαρύτερο από το κανονικό λόγω του 15 N άτομα σε αυτό.

Η διαφορά θα μπορούσε να ανιχνευθεί με εξαγωγή DNA από το Ε. coli κύτταρα και περιστρέφοντάς το σε υπερφυγόκεντρο. Η πυκνότητα του DNA καθορίζει πού συσσωρεύεται στον σωλήνα.

Στη συνέχεια μετέφεραν περισσότερα ζωντανά κύτταρα που είχαν αναπτυχθεί μέσα 15 NH4 + σε μέσο που περιέχει συνηθισμένα ιόντα αμμωνίου ( 14 NH4 + ) και τους επέτρεψε να διαιρεθούν ακριβώς μια φορά.

Το DNA σε αυτή τη νέα γενιά κυττάρων ήταν ακριβώς ενδιάμεση σε πυκνότητα μεταξύ αυτού της προηγούμενης γενιάς και του φυσιολογικού.

Αυτό, από μόνο του, δεν προκαλεί έκπληξη. Δεν μας λέει περισσότερα από τα μισά άτομα αζώτου στο νέο DNA 14 Ν και μισό είναι 15 Ν. Δεν μας λέει τίποτα για τη διάταξή τους στα μόρια.

Ωστόσο, όταν τα βακτήρια αφέθηκαν να διαιρεθούν πάλι σε κανονικά ιόντα αμμωνίου ( 14 NH4 + ), σχηματίστηκαν δύο διακριτές πυκνότητες DNA:

Όπως δείχνει αυτό το ερμηνευτικό σχήμα, τα αποτελέσματά τους δείχνουν ότι τα μόρια DNA δεν αποικοδομούνται και δεν αναμορφώνονται από ελεύθερα νουκλεοτίδια μεταξύ των κυτταρικών διαιρέσεων, αλλά αντίθετα, κάθε αρχικός κλώνος παραμένει άθικτος καθώς δημιουργεί έναν συμπληρωματικό κλώνο από τα νουκλεοτίδια που διαθέτει.

Αυτό ονομάζεται ημισυντηρητικός αναδιπλασιασμός επειδή κάθε θυγατρικό μόριο DNA είναι το μισό "παλιό" και το μισό "νέο".

Αθάνατα σκέλη. Σημειώστε ότι το "παλιό" σκέλος (το κόκκινο στο πάνω μισό της εικόνας) είναι αθάνατο επειδή &mdash αποκλείοντας μεταλλάξεις ή γενετικό ανασυνδυασμό &mdash θα συνεχίσει να λειτουργεί ως αμετάβλητο πρότυπο για τις γενιές.

Ε. coli είναι ένα βακτήριο, αλλά η ημισυντηρητική αντιγραφή του DNA συμβαίνει και στους ευκαρυώτες. Και επειδή κάθε μόριο DNA σε ένα ευκαρυωτικό είναι ενσωματωμένο σε ένα χρωμόσωμα, η αντιγραφή ολόκληρων χρωμοσωμάτων είναι επίσης ημισυντηρητική. Αυτό σημαίνει επίσης ότι το ευκαρυωτικό χρωμόσωμα περιέχει έναν «αθάνατο κλώνο» DNA.

  • Είστε εδώ:  
  • Σπίτι
  • Εγχειρίδια Τμήματος Βιολογίας Andover
  • Kimball's Biology (συμπληρωματικό εγχειρίδιο για το Biol-58x Sequence)
  • DNA: Η ουσία των γονιδίων
  • Το πείραμα Meselson-Stahl

Μια αλληλουχία DNA είναι μια αλυσίδα από δεοξυριβονουκλεοτίδια ενώ η αλληλουχία πρωτεΐνης είναι μια αλυσίδα αμινοξέων. Έτσι, αυτή είναι η βασική διαφορά μεταξύ της αλληλουχίας DNA και πρωτεΐνης. Οι φωσφοδιεστερικοί δεσμοί υπάρχουν μεταξύ των δεοξυριβονουκλεοτιδίων μιας αλληλουχίας DNA ενώ οι πεπτιδικοί δεσμοί υπάρχουν μεταξύ των αμινοξέων σε μια πρωτεϊνική αλληλουχία. Επομένως, αυτή είναι επίσης μια διαφορά μεταξύ της αλληλουχίας DNA και πρωτεΐνης.

Το παρακάτω infographic δείχνει περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τη διαφορά μεταξύ της αλληλουχίας DNA και πρωτεΐνης.


Αλληλουχία DNA: Η επιστημονική φαντασία γίνεται ιατρικό γεγονός;

Σε δύο δημοσιεύσεις σε μεγάλα επιστημονικά περιοδικά, οι ερευνητές πρότειναν σήμερα την ώθηση της αλληλουχίας DNA σε πιο συνηθισμένη χρήση στην κλινική και όχι μόνο ως ερευνητικό εργαλείο.

Ολλανδοί ερευνητές προτείνουν η αλληλουχία DNA να αντικαταστήσει παλαιότερες μορφές γενετικών τεστ για τη διάγνωση της αιτίας της σοβαρής διανοητικής αναπηρίας, τη δεύτερη φορά μέσα σε μια μέρα που οι ερευνητές ώθησαν την αναδυόμενη τεχνολογία ως διαγνωστικό τεστ πρώτης επιλογής για σοβαρές ασθένειες. Αυτά τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν σήμερα το απόγευμα στο New England Journal of Medicine.

"Αυτό είναι το νέο τεστ για τη διανοητική αναπηρία. Δεν υπάρχει καμία αμφιβολία για αυτό", λέει ο Han Brunner από το Ιατρικό Κέντρο του Πανεπιστημίου Radboud Nijmegen, ένας από τους συγγραφείς της ολλανδικής μελέτης. «Πρόκειται για μια στροφή παραδείγματος προς την ιατρική πρώτη στο γονιδίωμα για ασθενείς που έχουν πολύπλοκα προβλήματα που δεν θα είναι εύκολο να διαγνωστούν με συμβατικές στρατηγικές».

Νωρίτερα σήμερα, μια μελέτη στο Science Translational Medicine πρότεινε ότι η αλληλουχία DNA θα μπορούσε να γίνει ένα τυπικό τεστ πρώτης επιλογής για βρέφη σε μονάδες εντατικής θεραπείας νεογνών, επειδή ένας συνδυασμός νέου λογισμικού και υλικού θα μπορούσε να επιτρέψει στους γιατρούς να λάβουν αποτελέσματα σε μόλις 50 ώρες, απαντώντας σε ερωτήσεις. για το τι κάνει ένα μωρό να αρρωσταίνει πολύ πιο γρήγορα όταν ο χρόνος είναι ουσιαστικός.

«Η ουσία της έρευνάς μας είναι ότι είναι πλέον εφικτό να αποκωδικοποιήσουμε ένα ολόκληρο γονιδίωμα και να παράσχουμε ενδιάμεσα αποτελέσματα στον γιατρό σε δύο ημέρες», δήλωσε ο Stephen Kingsmore, διευθυντής του Κέντρου Παιδιατρικής Γονιδιωματικής Ιατρικής στο Children's Mercy Hospitals and Clinics και Ο επικεφαλής συγγραφέας της εργασίας, είπε στους δημοσιογράφους σε τηλεδιάσκεψη χθες. «Πιστεύουμε ότι αυτό θα μεταμορφώσει τον κόσμο της νεογνολογίας, επιτρέποντας στους νεογνολόγους να ασκούν ιατρική που επηρεάζεται από τα γονιδιώματα».

Ο Brunner και οι συνάδελφοί του χρησιμοποίησαν μια τεχνική που ονομάζεται αλληλούχιση exome, η οποία εξάγει μόνο γνωστά γονίδια από την τεράστια έκταση του DNA στο ανθρώπινο γονιδίωμα ως τρόπο μείωσης του κόστους αλληλούχισης. Οι Ολλανδοί ερευνητές ανέλυσαν την αλληλουχία 100 ασθενών με δείκτη νοημοσύνης μικρότερο από 50 και τους μη επηρεασμένους γονείς τους. Η τεχνική βρήκε γενετικές μεταλλάξεις που είναι γνωστό ότι προκαλούν διανοητική αναπηρία σε 16 ασθενείς και γονίδια άγνωστης λειτουργίας που φαίνεται να είναι η αιτία σε άλλους 22 ασθενείς. Αυτό είναι τουλάχιστον τόσο καλό όσο η τρέχουσα γενετική τεχνολογία που είναι διαθέσιμη για τον εντοπισμό μεταλλάξεων σε ασθενείς με σοβαρή διανοητική αναπηρία.

Μόνο σε δύο ασθενείς η διάγνωση άλλαξε τον τρόπο που τους αντιμετώπιζαν οι γιατροί. Για ένα, μια αλλαγή στη διατροφή μπορεί να αποδειχθεί χρήσιμη για ένα δευτερόλεπτο, η γενετική διάγνωση θα καθορίσει ποιους τύπους φαρμάκων για την επιληψία θα λάβει ο ασθενής.

Αλλά υπάρχουν πολλά άλλα οφέλη στη διάγνωση. Οι γονείς συχνά αναζητούν απεγνωσμένα ένα, μόνο και μόνο επειδή θέλουν να μάθουν τι πήγε στραβά. Επίσης, συχνά τρομοκρατούνται για το τι θα συμβεί αν αποφασίσουν να κάνουν ένα άλλο παιδί και το τεστ μπορεί να τους πει εάν φέρουν ένα γονίδιο που προκάλεσε το ελάττωμα.

Στις περισσότερες περιπτώσεις σε αυτή τη μελέτη, δεν έφταιγε ένα κακό αντίγραφο ενός γονιδίου από έναν γονέα. Μια έκπληξη είναι ότι οι περισσότερες από τις μεταλλάξεις που προκάλεσαν αυτές τις περιπτώσεις είναι ολοκαίνουργιες – δεν υπήρχαν στο γονιδίωμα των γονέων. Σε τρεις περιπτώσεις, το γονίδιο κληρονομήθηκε από τη μητέρα μέσω του χρωμοσώματος Χ, επειδή τα αγόρια έχουν μόνο ένα χρωμόσωμα Χ, αλλά οι γυναίκες έχουν δύο, ένα τόσο κακό αντίγραφο είναι επιβλαβές για τα αγόρια.

Κατά μέσο όρο, κάθε παιδί γεννιέται με μια ολοκαίνουργια γενετική μετάλλαξη. Τα περισσότερα από αυτά δεν έχουν σημασία. Αλλά μπορεί, λέει ο Brunner, ότι υπάρχουν 1.000 γονίδια στα οποία μια τέτοια μετάλλαξη μπορεί να προκαλέσει νοητική αναπηρία. Έτσι, μερικά άτυχα παιδιά υποφέρουν μόνο και μόνο λόγω του ρυθμού μετάλλαξης του υποβάθρου.

Ο Brunner λέει ότι το κόστος της αλληλουχίας των εξωμών ήταν περίπου 2.400 $ ανά αλληλουχία ασθενή που δεν περιλαμβάνει το κόστος της ανάλυσης. Αλλά αυτό το μέρος του κόστους είναι πιθανό να μειωθεί. Η αλληλουχία σε αυτή τη μελέτη έγινε με το σύστημα SOLID της Life Technologies. Η χρήση του επερχόμενου συστήματος Proton της Life ή του πιο ευρέως χρησιμοποιούμενου HiSeq από την Illumina, τον κυρίαρχο παίκτη στην αλληλουχία DNA, θα μειώσει περαιτέρω το κόστος.

«Η αλληλουχία Exome έχει ήδη εισέλθει στην κλινική διαγνωστική σφαίρα», λέει η Heather Memford, παιδίατρος και γενετιστής στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον που έγραψε ένα άρθρο στο NEJM για το αποτέλεσμα. «Το ερώτημα για εμάς ως κλινικούς γιατρούς είναι για ποιους ασθενείς το χρησιμοποιούμε τώρα έναντι αργότερα».

Οι ερευνητές στο έγγραφο Science Translational Medicine, συνεργαζόμενοι απευθείας με την Illumina, ανέπτυξαν για πρώτη φορά ένα διαγνωστικό τεστ που κατέγραψε 600 γονίδια που ήταν πιθανό να είναι ο λόγος που τα μωρά βρίσκονταν στη ΜΕΘ. Αυτό το πάνελ πωλείται ως κιτ από την Illumina και πιθανότατα θα χρησιμοποιηθεί από ορισμένα εμπορικά εργαστήρια που διαθέτουν κρατικές πιστοποιήσεις για να κάνουν διαγνωστικές δοκιμές. Στη συνέχεια, όμως, ανέλυσαν την αλληλουχία ολόκληρου του γονιδιώματος δύο παιδιών που είχαν ήδη πεθάνει και άλλων πέντε που ήταν ζωντανά αλλά αδιάγνωστα. Σε όλες τις περιπτώσεις εκτός από μία, κατάφεραν να βρουν ένα γονίδιο που είτε είναι είτε είναι πιθανό να προκαλεί την ασθένεια του παιδιού. Το κόστος ανά δοκιμή, συμπεριλαμβανομένου του κόστους ανάλυσης των δεδομένων, ήταν 13.500 $. Μπορεί να ακούγεται πολύ, αλλά το κόστος μιας ημέρας στη ΜΕΘ είναι 8.000 $.

The biggest question remains how quickly tests such as this will move from being essentially research tools to being real clinical tests that are conducted in commercial laboratories and are paid for by insurers. There are some accounts that this is starting to happen, but Memford says she still does all her DNA sequencing using research, not insurance, funding. Kingsmore says that he's not sure how the test will reach patients, but he thinks that Children's Mercy may eventually be able to offer it as a service to other hospitals.


DNA Sequencing

After the finding that DNA's information was encoded in its sequence of nucleotides (A, C, T, and G), it was believed that one could find this sequence through a method of analyzing a large number of identical strands of DNA and identifying each nucleotide in order of it's appearance in the DNA sequence. This technique was ultimately discovered in 1977 by Fredrick Sanger. His method, known as Sanger Sequencing, relied on two main principles.

DNA can be separated by size. This was briefly discussed in the section on Laboratory Techniques with regards to gel electrophoresis. Keeping in mind that DNA is negatively charged, it will migrate towards the positive electrode when an electric current is applied. When placed in a gel composed of polyacrylamide beads, larger strands of DNA will migrate through the gel slower. Incidentally, the use of polyacrylamide gels instead of agarose gels allow for much greater resolution in separating strands of DNA by size. It allows one to actually distinguish a strand of DNA 400 base pairs long from a strand of DNA 401 base pairs long. As a result, polyacrylamide gels would be capable of resolving even 1 base pair differences in DNA, making this very useful for sequencing.

In addition, the chemical structure of DNA allows geneticists to manipulate its normal function and use it to identify the sequence of a strand of DNA. As was discussed in the section about DNA replication, cells have a protein called DNA Polymerase II that adds nucleotides complementary to the original strand, allowing it to form two identical strands of DNA from a template strand. To do this, it adds one nucleotide complementary to the template strand at a time. In order to do this, Polymerase requires a DNA Primer, a short strand of DNA complementary to the end of the template strand for a 3' OH group. The following diagram shows the structure of a normal nucleotide (dNTP):

DNA Polymerase II normally will connect the 3' OH to the next nucleotide at the 5' Phosphate group, labeled alpha, and kick off Phosphates beta and gamma. DNA primers provide the 3' OH for DNA Polymerase to build onto. It was realized that without that 3' OH group, the strand could no longer be elongated, which provided the basis for the Sanger Sequencing technique. Sanger proposed the synthesis of a modified form of a nucleotide, a dideoxyribonucleotide triphosphate (ddNTP), which share the same structure as a normal dNTP, with the exception of the 3' OH group, which is replaced by an H:

DNA Polymerase would be able to integrate this modified nucleotide if added in vitro (in a test tube outside the cell) and would immediately terminate the chain being synthesized, as the lack of a 3' OH group would prevent any further addition of nucleotides to the synthesizing strand. This resulted in the discovery of the first technique of DNA sequencing.

Four separate reaction tubes would be required, each one containing radioactively labeled DNA primers, DNA Polymerase II, and an ample amount of all 4 dNTP (dATP, dTTP, dGTP, dCTP), each to be integrated into the DNA strand being synthesized as a nucleotide. In addition, each reaction tubes would contain a different ddNTP, allowing each tube to identify a different nucleotide along the strand. For example, one tube would contain a ddATP, enabling that reaction tube to identify all the A's being integrated into the synthesizing strand, and thus all the T's in the complementary template strand (recall that T nucleotides are complementary and base pair with A nucleotides). All 4 dNTPs and a different ddNTP are added to each reaction tube in a ratio of around 300:1, and Polymerase will randomly integrate either a dNTP or a ddNTP into the synthesizing strand if the ddNTP complements with the nucleotide on the template strand. As a result, a reacting that has ddATP would integrate a dGTP, dCTP, and dTTP if the template strand's nucleotide was C, G, or A, respectively. If the template strand's nucleotide was T, however, Polymerase will randomly integrate either dATP or ddATP. If it integrates dATP, the strand will continue to synthesize, which is what generally happens 97% of the time. If it integrates a ddATP, however, the reaction for that strand of DNA is terminated immediately, and will be of that size for good. This process is repeated with three other tubes with ddGTP, ddCTP, and ddTTP.

Once this reaction is ran to completion, it is then put onto a flat slab of polyacrylamide gel and an electric current is applied in a process called PolyAcrylamide Gel Electrophoresis. This allows for the separation of strands of DNA one base-pair apart, allowing one to resolve the sequence of the template strand by viewing the gel in a process called Autoradiography. Because the primers added were radioactive, an image of it can be taken, where every time strands of DNA are encountered on the gel, a band appears. The end product is a gel with a banding pattern that looks similar to this:

This technique of sequencing, however, has two major shortcomings. The length of the DNA being sequenced cannot be longer than 1000 base pairs long, or it will be completely inaccurate. Typically, sequencing is done on strands of DNA no longer than 850 base pairs long for the best accuracy. This has severe implications for the sequencing of large genomes such as humans, which have a genome of almost 3 billion base pairs!. In addition, this technique of sequencing has another major flaw that one can see from the image above: it requires that the sequences be read by a person. The amount of time it would take for people to manually read and record genomes billions of base pairs long would be impractical for realistic research.

The invention of automated sequencers in 1987 by Applied Biosystems was a breakthrough in the ability of geneticists to sequence large genomes. While the limitation of 1000 base pairs for sequencing is still unavoidable, it solves the problem of needing people to read and record the sequence. In an automated sequencing process, instead of labelling the primers with radioactive labels, the ddNTP is labeled with a fluorescent label, where each ddNTP would fluoresce a different color when a laser is fired through it. Unlike the autoradiography, which will show a band of the same color regardless of the ddNTP, this method will fluoresce a different color for each of the four different nucleotides. Thus, this allows for the sequencing reaction to occur in one tube, as each ddNTP would fluoresce a different color and identify the nucleotide in the sequence. Once the reaction was ran to completion, it was placed into a gel tray where an electric current would be applied from the tray into 96 microcapillaries, all of which will gather at a laser. The idea is that the DNA will migrate towards the positive electrode at the laser end, where it would fluoresce a specific wavelength of light once the DNA passes through, and get recorded by a computer detector. The wavelength of light detected would be automatically associated with the corresponding nucleotide, allowing computers to automatically print out a chromatogram as well as the sequence, similar to this image:

Thus, using computers, the amount of time it takes to sequence strands of DNA is significantly shortened. Without this computing technology, large scale sequencing projects would be impossible to even initiate, much less complete. This paved the way for projects such as the Human Genome Project, which was initiated by the NIH in 1991.


Δες το βίντεο: DNA replication - 3D (Οκτώβριος 2022).