Πληροφορίες

Πώς οι άνθρωποι βρίσκουν πραγματικά κωδικόνια σε μεταγραφή DNA μόνο κοιτάζοντάς το;

Πώς οι άνθρωποι βρίσκουν πραγματικά κωδικόνια σε μεταγραφή DNA μόνο κοιτάζοντάς το;


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.

Κοιτούσα αυτό το αντίγραφο μιας αλληλουχίας DNA και το άρθρο συνέχιζε να αναφέρεται σε ποια είναι τα πρώτα κωδικόνια, αλλά ένα κωδικόνιο όπως το AUG δεν υπάρχει στην ακολουθία… δεν υπάρχει "U" σε καμία αλληλουχία. Τι μου λείπει;


Τα κωδικόνια αναφέρονται σε αλληλουχίες τριπλών νουκλεοτιδίων που μεταφράζονται σε αμινοξέα. Όπως γνωρίζετε, τα πολυπεπτίδια μεταφράζονται στο ριβόσωμα χρησιμοποιώντας ένα σχεδιάγραμμα αγγελιοφόρου RNA (mRNA) που παράγεται από πολυμεράσες RNA από το DNA.

Το DNA αποτελείται από τέσσερα νουκλεοτίδια: αδενίνη, γουανίνη, κυτοσίνη και θυμίνη. Έτσι, οι αλληλουχίες DNA διαβάζουν, για παράδειγμα, ATAAGC. Το RNA, ωστόσο, αντικαθιστά τη θυμίνη με ουρακίλη. Έτσι, η μεταγραφή της παραπάνω αλληλουχίας νουκλεοτιδίων DNA σε mRNA θα είχε ως αποτέλεσμα UAUUCG.

Το mRNA μπορεί επίσης να ματιστεί σε διάφορες ισομορφές που προέρχονται από το ίδιο γονίδιο. Εν ολίγοις, μπορεί να είναι δύσκολο να προσδιοριστεί το γονιδιακό προϊόν από την αλληλουχία DNA.

Βγάζει νόημα αυτό?


Πόσο εύκολο είναι να επεξεργαστείτε το DNA;

Ένα μοντέλο ενός κλώνου DNA, μέσω του Shutterstock

Πριν από αρκετά χρόνια, μια νέα τεχνική επεξεργασίας DNA που ονομάζεται CRISPR-Cas9 σάρωσε εργαστήρια βιοτεχνολογίας σε όλο τον κόσμο. Η τεχνολογία, δανεισμένη από ένα βακτηριακό αμυντικό σύστημα, χρησιμοποιεί ένα ζευγάρι μοριακό ψαλίδι για να κόψει το DNA μέσα σε ένα κύτταρο ξενιστή σε προκαθορισμένα σημεία. Στη συνέχεια, ένα νέο γονίδιο μπορεί να τοποθετηθεί στο κενό σημείο. Είναι απίστευτα ισχυρή τεχνολογία, με τεράστιες δυνατότητες - και μερικές φορές τρομακτικές συνέπειες.

Αλλά πολύ συχνά, λέει η συνθετική βιολόγος Karmella Haynes, το CRISPR-Cas9 περιγράφεται στα μέσα ενημέρωσης ως μια εύκολη λύση για την επεξεργασία γονιδίων, ενώ στην πραγματικότητα συχνά αποτυγχάνει δεκάδες φορές πριν από την εργασία. Αυτό συμβαίνει επειδή το σύστημα εξελίχθηκε σε βακτήρια, τα οποία έχουν πολύ απλούστερο DNA. Είναι πολύ πιο δύσκολο, λέει, να γίνει γενετική χειρουργική με τη μεσολάβηση Cas9 στο σφιχτά κουλουριασμένο DNA ζώων και φυτών. Σε αυτό το τμήμα, η Haynes εξηγεί τις προκλήσεις που θέτει η τεχνική, το θέμα της τελευταίας της εργασίας ACS Συνθετική Βιολογία .


Πώς βρίσκουν οι άνθρωποι πραγματικά κωδικόνια σε ένα μεταγράφημα DNA απλά κοιτάζοντας το; - Βιολογία

Τι σημαίνει λοιπόν να είσαι γυναίκα; Όλοι έχουμε χρωμοσώματα XX, σωστά; Στην πραγματικότητα, αυτό δεν είναι αλήθεια. Μερικές γυναίκες είναι μωσαϊκά. Έχουν ένα μείγμα χρωμοσωμικών τύπων με Χ, με ΧΥ ή με ΧΧΧ. Αν δεν αφορά μόνο τα χρωμοσώματά μας, τότε τι σημαίνει να είσαι γυναίκα; Το να είσαι θηλυκό; Παντρεύομαι? Να έχεις παιδιά; Δεν χρειάζεται να ψάξετε πολύ για να βρείτε φανταστικές εξαιρέσεις σε αυτούς τους κανόνες, αλλά όλοι μοιραζόμαστε κάτι που μας κάνει γυναίκες. Maybeσως κάτι να είναι στον εγκέφαλό μας.

Μπορεί να έχετε ακούσει θεωρίες από τον περασμένο αιώνα για το πώς οι άνδρες είναι καλύτεροι στα μαθηματικά από τις γυναίκες επειδή έχουν μεγαλύτερο μυαλό. Αυτές οι θεωρίες έχουν καταρριφθεί. Ο μέσος άνθρωπος έχει εγκέφαλο περίπου τρεις φορές μικρότερο από τον μέσο ελέφαντα, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι ο μέσος άνθρωπος είναι τρεις φορές πιο χαζός από έναν ελέφαντα. ή το κάνει;

Υπάρχει ένα νέο κύμα γυναικών νευροεπιστημόνων που βρίσκουν σημαντικές διαφορές μεταξύ γυναικείου και ανδρικού εγκεφάλου στη συνδεσιμότητα των νευρώνων, στη δομή του εγκεφάλου και στην εγκεφαλική δραστηριότητα. Διαπίστωσαν ότι ο εγκέφαλος είναι σαν ένα μωσαϊκό συνονθύλευμα - ένα μείγμα. Οι γυναίκες έχουν ως επί το πλείστον θηλυκά έμπλαστρα και μερικά αρσενικά μπαλώματα.

Με όλα αυτά τα νέα δεδομένα, τι σημαίνει να είσαι γυναίκα; Αυτό είναι κάτι που σκεφτόμουν σχεδόν όλη μου τη ζωή. Όταν οι άνθρωποι μαθαίνουν ότι είμαι μια γυναίκα που τυχαίνει να είμαι τρανς, πάντα ρωτούν: «Πώς ξέρεις ότι είσαι γυναίκα;» Ως επιστήμονας, ψάχνω για μια βιολογική βάση του φύλου. Θέλω να καταλάβω τι με κάνει. Νέες ανακαλύψεις στο μπροστινό άκρο της επιστήμης ρίχνουν φως στους βιοδείκτες που καθορίζουν το φύλο. Οι συνάδελφοί μου και εγώ στη γενετική, τη νευροεπιστήμη, τη φυσιολογία και την ψυχολογία, προσπαθούμε να καταλάβουμε πώς ακριβώς λειτουργεί το φύλο. Αυτά τα πολύ διαφορετικά πεδία μοιράζονται μια κοινή σύνδεση - την επιγενετική. Στην επιγενετική, μελετάμε πώς η δραστηριότητα του DNA μπορεί πραγματικά να αλλάξει ριζικά και μόνιμα, παρόλο που η ακολουθία παραμένει η ίδια.

Το DNA είναι το μακρύ μόριο που μοιάζει με χορδή που τυλίγει μέσα στα κύτταρά μας. Υπάρχει τόσο πολύ DNA που στην πραγματικότητα μπλέκεται σε αυτά τα πράγματα που μοιάζουν με κόμπους-εμείς απλά θα τα ονομάσουμε κόμπους. Έτσι οι εξωτερικοί παράγοντες αλλάζουν τον τρόπο με τον οποίο σχηματίζονται αυτοί οι κόμβοι DNA. Μπορείτε να το σκεφτείτε κάπως έτσι: μέσα στα κελιά μας, υπάρχουν διάφορες συσκευές που χτίζουν πράγματα, συνδέουν κυκλώματα, κάνουν όλα όσα χρειάζονται για να συμβεί η ζωή. Εδώ είναι ένα που διαβάζει το DNA και δημιουργεί RNA. Και τότε αυτό μεταφέρει έναν τεράστιο σάκο νευροδιαβιβαστών από το ένα άκρο του εγκεφαλικού κυττάρου στο άλλο. Δεν λαμβάνουν αμοιβή κινδύνου για αυτό το είδος εργασίας;

Αυτό είναι ένα ολόκληρο μοριακό εργοστάσιο — κάποιοι λένε ότι είναι το μυστικό της ζωής. Ονομάζει το ριβόσωμα. Το μελετώ από το 2001.

Ένα από τα εκπληκτικά πράγματα για τα κύτταρά μας είναι ότι τα συστατικά μέσα τους είναι στην πραγματικότητα βιοδιασπώμενα. Διαλύονται, και μετά ξαναχτίζονται κάθε μέρα, σαν ένα ταξιδιωτικό καρναβάλι όπου οι βόλτες κατεβαίνουν και μετά ξαναχτίζονται κάθε μέρα. Μια μεγάλη διαφορά μεταξύ των κελιών μας και του ταξιδιωτικού καρναβαλιού είναι ότι στο καρναβάλι, υπάρχουν εξειδικευμένοι τεχνίτες που ξαναφτιάχνουν τις βόλτες κάθε μέρα. Στα κελιά μας, δεν υπάρχουν τόσο εξειδικευμένοι τεχνίτες, παρά μόνο χαζές μηχανές οικοδόμων που κατασκευάζουν ό,τι είναι γραμμένο στα σχέδια, ανεξάρτητα από το τι λένε αυτά τα σχέδια. Αυτά τα σχέδια είναι το DNA. Οι οδηγίες για κάθε γωνιά μέσα στα κελιά μας.

Αν όλα, ας πούμε, στα εγκεφαλικά μας κύτταρα διαλύονται σχεδόν κάθε μέρα, τότε πώς μπορεί ο εγκέφαλος να θυμηθεί οτιδήποτε παρελθόν μια μέρα; Εκεί μπαίνει το DNA. Το DNA είναι ένα από εκείνα τα πράγματα που δεν διαλύονται. Αλλά για να θυμάται το DNA ότι κάτι συνέβη, πρέπει να αλλάξει με κάποιο τρόπο. Γνωρίζουμε ότι η αλλαγή δεν μπορεί να είναι στη σειρά, αν άλλαζε συνέχεια τη σειρά, τότε μπορεί να μεγαλώνουμε σαν ένα νέο αυτί ή ένα νέο βολβό κάθε μέρα.

Έτσι, αντ 'αυτού αλλάζει σχήμα, και εκεί μπαίνουν αυτοί οι κόμβοι DNA. Μπορείτε να τους σκεφτείτε σαν μνήμη DNA. Όταν συμβαίνει κάτι μεγάλο στη ζωή μας, όπως ένα τραυματικό γεγονός παιδικής ηλικίας, οι ορμόνες του στρες πλημμυρίζουν τον εγκέφαλό μας. Οι ορμόνες του στρες δεν επηρεάζουν την αλληλουχία του DNA, αλλά αλλάζουν το σχήμα. Επηρεάζουν αυτό το τμήμα του DNA με τις οδηγίες για μοριακές μηχανές που μειώνουν το στρες. Αυτό το κομμάτι DNA τυλίγεται σε έναν κόμπο και τώρα τα ανόητα μηχανήματα κατασκευαστών δεν μπορούν να διαβάσουν τα σχέδια που χρειάζονται για να κατασκευάσουν τις μηχανές που μειώνουν το άγχος. Αυτό είναι μια μπουκιά, αλλά αυτό που συμβαίνει στη μικροκλίμακα. Στη μακροκλίμακα, πρακτικά χάνετε την ικανότητα να αντιμετωπίζετε το άγχος, και αυτό είναι κακό. Και αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο το DNA μπορεί να θυμηθεί τι συνέβη στο παρελθόν.

Αυτό νομίζω ότι μου συνέβαινε όταν ξεκίνησα για πρώτη φορά τη μετάβαση φύλου μου. Ήξερα ότι ήμουν γυναίκα από μέσα και φορούσα γυναικεία ρούχα εξωτερικά, αλλά όλοι με έβλεπαν ως άντρα με φόρεμα. Ένιωσα ότι όσα πράγματα κι αν δοκιμάσω, κανείς δεν θα με έβλεπε ποτέ ως γυναίκα. Στην επιστήμη, η αξιοπιστία σας είναι το παν, και οι άνθρωποι κορόιδευαν στους διαδρόμους, μου έβλεπαν βλέμματα, βλέμματα αηδίας - φοβόταν να είναι κοντά μου. Θυμάμαι την πρώτη μου μεγάλη συζήτηση μετά τη μετάβαση. Ήταν στην Ιταλία. Είχα κάνει προηγούμενες ομιλίες κύρους, αλλά αυτή, τρομοκρατήθηκα. Κοίταξα έξω στο κοινό και άρχισαν οι ψίθυροι - τα βλέμματα, τα χαμόγελα, τα γέλια. Μέχρι σήμερα, εξακολουθώ να έχω κοινωνικό άγχος γύρω από την εμπειρία μου πριν από οκτώ χρόνια. Έχασα την ελπίδα. Μην ανησυχείτε, έκανα θεραπεία, οπότε είμαι εντάξει — είμαι εντάξει τώρα.


Τι είναι το κολύμπι στο ποτάμι; Απλά ψάξτε για DNA

Οι βιολόγοι συνήθως ψάχνουν για το καλαμπόκι, το οποίο είναι γνωστό με το ψευδώνυμο "μύξα βίδρα", κάτω από βράχους σε ρέματα. Αλλά τώρα υπάρχει ένας πιο ήπιος τρόπος: Μπορούν να πάρουν δείγματα νερού και να αναζητήσουν ίχνη του DNA των ζώων. Robert J. Erwin/Science Source απόκρυψη λεζάντας

Οι βιολόγοι συνήθως αναζητούν τον κολασμένο συκοφάντη, ο οποίος είναι γνωστός με το παρατσούκλι «μύξα βίδρας», κάτω από βράχους σε ρυάκια. Αλλά τώρα υπάρχει ένας πιο ήπιος τρόπος: Μπορούν να πάρουν δείγματα νερού και να αναζητήσουν ίχνη του DNA των ζώων.

Αν θέλετε να προστατέψετε σπάνια είδη, πρώτα πρέπει να τα βρείτε. Τα τελευταία χρόνια, οι βιολόγοι έχουν αναπτύξει ένα ισχυρό νέο εργαλείο για να το κάνουν αυτό. Ανακάλυψαν ότι συχνά μπορούν να βρουν ίχνη ζωικού DNA σε ρυάκια, λίμνες — ακόμη και ωκεανούς.

Η ιδέα ριζώθηκε μόλις πριν από πέντε χρόνια, όταν οι βιολόγοι στη Γαλλία διαπίστωσαν ότι μπορούσαν να ανιχνεύσουν διηθητικούς Αμερικανούς ταύρους, απλά με τη δειγματοληψία του νερού της λίμνης και αναζητώντας μια ακριβή γενετική αντιστοιχία με το DNA των βατράχων.

Τώρα, κάθε είδους βιολόγοι χρησιμοποιούν με ανυπομονησία αυτό το τεστ. Η τεχνολογία ήταν ένα καυτό θέμα στην παγκόσμια συνάντηση της Society for Conservation Biology στη Βαλτιμόρη αυτή την εβδομάδα.

The Elusive 'Snot Otter'

Ο επιστήμονας διατήρησης, Stephen Spear, για παράδειγμα, έκανε δειγματοληψία νερού για να μελετήσει ένα από τα πιο περίεργα πλάσματα στα αμερικανικά ρεύματα: τη σαλαμάνδρα hellbender.

"Είναι ένα πραγματικά τακτοποιημένο πλάσμα. Είναι στην πραγματικότητα η μεγαλύτερη σαλαμάνδρα στη Βόρεια Αμερική", λέει. Μπορεί να φτάσει τα 2 πόδια σε μήκος και να ζήσει για περισσότερα από 30 χρόνια.

"Αλλά πολλοί άνθρωποι που ζουν εκεί που είναι - που είναι κυρίως στην περιοχή των Αππαλαχίων από τη Νέα Υόρκη έως τη Γεωργία - δεν το γνωρίζουν γιατί είναι εντελώς υδρόβιο σε ποτάμια και ρυάκια", λέει ο Spear. «Περνάει χρόνο κάτω από μεγάλους βράχους».

Οι βιολόγοι συνήθως αναζητούν την κόλαση (με το παρατσούκλι "μύξα βίδρα") ανακαλύπτοντας τεράστιους ογκόλιθους ρυακιών και κολυμπώντας με αναπνευστήρα κάτω από αυτούς. Ο Spear, ο οποίος εργάζεται για μια μη κερδοσκοπική ομάδα αμφιβίων που ονομάζεται The Orianne Society, βρήκε έναν πιο ήπιο τρόπο: Έπαιρνε δείγματα νερού από τα ρέματα όπου αναζητά αυτές τις σαλαμάνδρες.

"Μπορούμε πραγματικά να εξαγάγουμε το DNA από αυτό το δείγμα νερού και να είμαστε σε θέση να πούμε ότι είναι το DNA του hellbender. Και ξέρουμε ότι ένας hellbender είναι εκεί χωρίς να χρειαστεί ποτέ να σηκώσει έναν βράχο, ή ίσως ακόμη και να δει", λέει.

Και αποδεικνύεται ότι όταν αναπαράγονται κόλαση, ρίχνουν πολύ περισσότερο DNA στο νερό. «Επομένως, μπορεί να είμαστε σε θέση να πούμε πού αναπαράγονται με επιτυχία», λέει ο Spear, «κάτι που θα ήταν τεράστιο για να κατανοήσουμε πού βρίσκονται οι υγιείς πληθυσμοί και επίσης πού πρέπει να καταβάλουμε τις προσπάθειές μας για τη διατήρηση».

Τα Hellbenders είναι προφανώς σε παρακμή - και μπορεί να καταλήξουν να προστατεύονται από τον νόμο για τα απειλούμενα είδη σε κάποιο σημείο - επομένως είναι σημαντικό για τους βιολόγους να γνωρίζουν πού βρίσκονται και πού αναπαράγονται.

Παρακολούθηση αλλαγών σε όλα τα είδη

Η έκθεση του Spear στη συνάντηση της Society for Conservation Biology ήταν μόνο μία από τις περισσότερες από δώδεκα που εξέτασαν το DNA στο περιβάλλον.

Ο Φίλιπ Φράνσις Τόμσεν από το Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης λέει ότι το έχει χρησιμοποιήσει με επιτυχία για να μελετήσει ψάρια στον ωκεανό.

Έκανε δείγμα νερού κοντά στην Ελσινόρη, το σκηνικό για Χωριουδάκι. Βρήκε DNA από 15 είδη ψαριών, συμπεριλαμβανομένης μιας μεγάλης έκπληξης: της σαρδέλας, η οποία συνήθως κατοικεί πολύ πιο ζεστά νερά στα νότια.


Έχει κανείς εδώ εμπειρία εργασίας σε Οργανισμό Ερευνών Συμβάσεων;

Ενώ είμαι εξοικειωμένος με τη συνολική λειτουργικότητα ενός CRO, είμαι περίεργος για το πώς ήταν η εμπειρία. Είχα λοιπόν τις εξής ερωτήσεις:

Πόσο μεγάλο ήταν το CRO σας (αν δεν σας πείραζε να μοιραστείτε το όνομα, θα ήταν επίσης χρήσιμο);

Πώς ήταν η ισορροπία εργασίας/ζωής; Ειδικά σε σύγκριση με την Big Pharma (αν έχετε δουλέψει και τα δύο).

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του να ξεκινήσετε σε ένα CRO, κατά τη γνώμη σας; Ακολουθείτε τα υπέρ και τα κατά της υπερβολικής παραμονής;

Σταδιοδρομία με CRO εναντίον Pharma/biotech;

Θα εκτιμούσα πολύ κάθε βοήθεια και διορατικότητα για τα ακόλουθα.

Εργάζομαι για την Covance, ίσως τη μεγαλύτερη CRO στον κόσμο. Η ισορροπία της επαγγελματικής ζωής είναι καλή, αν και θα έλεγα ότι σας δουλεύουν σκληρά/μια κουλτούρα σκληρής δουλειάς, χωρίς να καταναλώνετε αναρίθμηση καθώς οι μισθοί παρόμοιων ρόλων με τα μεγάλα φαρμακεία είναι συχνά υψηλότεροι. Πλεονεκτήματα: καλή εκπαίδευση, μεγάλη ποικιλία δοκιμασιών που χρησιμοποιούνται Καλή ποικιλία εργασίας Καλή εξέλιξη σταδιοδρομίας. Μειονεκτήματα: Ανεπαρκής αμοιβή.

Θα έλεγα επίσης ότι μακράν το μεγαλύτερο υπέρ (για μένα) είναι ότι πιστεύω ότι η δουλειά μου είναι χρήσιμη, πολύτιμη και ενδιαφέρουσα.

Επίσης, δεν έχω ιδέα για τα μειονεκτήματα της παραμονής για πολύ.

Όπως αναφέρθηκε, πιστεύω ότι η επανάληψη του αριθμού σε μεγάλα φαρμακεία και δεν μπορώ να μιλήσω για την εξέλιξη της σταδιοδρομίας εκεί. Όμως, η εξέλιξη της σταδιοδρομίας εντός της συνάφειας είναι καλή, με μια κουλτούρα προώθησης μέσα.

Αστείο, είχα μια διαφορετική εμπειρία με τον Covance. Ομολογουμένως αυτό ήταν λίγα χρόνια πριν, αλλά η ισορροπία μεταξύ εργασίας και προσωπικής ζωής ήταν αρκετά σκουπίδια, ενώ η αμοιβή ήταν αξιοπρεπής για το επίπεδο εμπειρίας μου και όταν μετρούσατε τις υπερωρίες δούλευα κάθε εβδομάδα χωρίς αποτυχία. πραγματικά πολύ καλό.

Τώρα είμαι στο φαρμακείο απευθείας και με μισθό, αλλά στην πραγματικότητα βγάζω λιγότερα χρήματα επειδή δεν πληρώνομαι για τις υπερωρίες που εξακολουθώ να δουλεύω.

Έμαθα πολλά όμως και δεν θα δίσταζα να επιστρέψω στη σωστή κατάσταση.

Υπάρχει στίγμα κατά των μακροχρόνιων υπαλλήλων CRO; Δηλαδή, εφόσον οι CRO στην πραγματικότητα δεν κατέχουν την IP ή προσθέτουν νέα φάρμακα στον αγωγό, κ.λπ. δεν θα θεωρηθούν τόσο έντονα για ρόλους Ε&ΑπΑ στο Pharma;

Θα κάνω έναν παραλληλισμό και θέλω να δω αν πιστεύετε ότι αυτό ισχύει για CRO.

Στη συμβουλευτική διαχείρισης, που είναι ένα είδος CRO για τον επιχειρηματικό κόσμο, θα βοηθάτε σημαντικούς πελάτες στην επίλυση προβλημάτων που σχετίζονται με Λειτουργίες και BD. Συχνά, αν κάνετε καλή δουλειά, θα μπορείτε να αποκτήσετε θέση στην εταιρεία-πελάτη μετά από μερικά χρόνια.

Εάν κάνετε καλή δουλειά σχετικά με την εργασία που σχετίζεται με την Έρευνα και την Ανάπτυξη σε ένα CRO, θα σημειωθεί από την αντίστοιχη ομάδα της εταιρείας Pharma, ώστε να μπορείτε να δημιουργήσετε συνδέσεις και μετάβαση;

Πώς είναι τα οφέλη υγειονομικής περίθαλψης στο Covance για τους εργαζόμενους;

Έχω δουλέψει για μια startup CRO και τώρα εργάζομαι για ένα γιγάντιο (ίσως το μεγαλύτερο;) CDMO.

Για να απαντήσω στις ερωτήσεις σας, νομίζω ότι χρειάζομαι περισσότερες πληροφορίες - για τι είδους θέσεις ενδιαφέρεστε;

Θέσεις επιστημόνων εισαγωγικού επιπέδου ( associate scientist I-III).

Και συγκεκριμένα, έχετε ακούσει κάτι για το Parexel ή το PPD, και πώς είναι τα πράγματα εκεί;

Δούλεψα σε CRO για 2,5 χρόνια ως πρώτη μου δουλειά μετά τους εργένηδες μου. Είχε περίπου 100 υπαλλήλους, αλλά μεγάλωσε γρήγορα και τώρα έχει μια μεγάλη τοποθεσία στην NC, την οποία βοήθησα να δημιουργηθεί, κάτι που ήταν υπέροχο!

Η δεύτερη δουλειά μου μετά από αυτό ήταν στο μεγάλο φαρμακείο. Η ζωή του CRO μπορεί να είναι πολύ πιο αγχωτική καθώς θα μπορούσατε να εργάζεστε σε πολλά έργα και πολλούς πελάτες ταυτόχρονα. Οι συνάδελφοί μου στο CRO κατέληξαν να είναι υπέροχοι φίλοι που δεν έβρισκα σε μεγάλο φαρμακείο. Θα έλεγα ότι αυτό είναι συνηθισμένο, αν βρίσκεστε σε έναν ιστότοπο με 1.000+ άτομα, είναι πιο δύσκολο να συναντήσετε άτομα. Έκανα πολλές μεγάλες μέρες και στις δύο, τις οποίες πρέπει να περιμένετε σε ένα εργαστήριο, αλλά σίγουρα περισσότερες στο CRO.

Πλεονεκτήματα - οι μικρότερες εταιρείες τείνουν να σας εκπαιδεύουν σε μεγαλύτερη ποικιλία οργάνων, ο ταχύτερος ρυθμός σημαίνει λιγότερο βαρετός, καλό είναι να συνηθίσετε τον τρόπο που λειτουργεί το φάρμακο, να κάνετε περισσότερους φίλους. Μειονεκτήματα - μπορεί να είναι πιο αγχωτικό, να έχουν περισσότερες ευθύνες νωρίτερα, για τις οποίες ορισμένοι μπορεί να θεωρούν αγχωτικό.

Η εξέλιξη της σταδιοδρομίας μπορεί να συνδεθεί με τα παραπάνω. Εάν μπείτε σε μια μικρή εταιρεία, μπορεί να ανεβείτε γρήγορα τις τάξεις και να αποκτήσετε γρήγορα ανώτερους τίτλους εργασίας, αλλά ο μισθός μπορεί να μην ταιριάζει με τον τίτλο εργασίας. Π.χ. Οι άνθρωποι με τους οποίους συνεργάστηκα και εξακολουθούν να είναι στο CRO είναι πλέον «ανώτεροι επιστήμονες» σε σύγκριση με εμένα στο τρέχον CDMO βιοτεχνολογίας μου στο "scientist", αλλά ο μισθός μου είναι υψηλότερος. Μείνετε πολύ καιρό και θα δουλέψετε με τον δικό τους τρόπο που θα μπορούσε να δυσκολέψει την εύρεση άλλου ρόλου, αλλά έχετε περισσότερη ελευθερία να μετακινηθείτε μεταξύ των τμημάτων νομίζω.

Με την εμπειρία μου στο CRO, Big Pharma, Service engineer, CDMO: σίγουρα καλό να αποκτήσεις εμπειρία σε ένα CRO, να αποκτήσεις εμπειρία σε διαφορετικό εξοπλισμό. Δεν είμαι σίγουρος σε ποια πλευρά πηγαίνετε, αλλά τα HPLC και ELISA κ.λπ. είναι η καθολική γλώσσα αναλυτικών επιστημόνων. Είμαι ταξινομημένος ως "ειδικός" HPLC τώρα και θα δυσκολευόμουν να φτάσω εκεί χωρίς να είμαι στο CRO.

u/coooosy wow, σε ευχαριστώ για αυτή την καταπληκτική απάντηση!! Κάπως γουρουνάκι-πίσω από το #4. πιστεύετε ότι η παραμονή για πολύ καιρό σε ένα CRO θα σας κάνει να γίνετε ένας μη ελκυστικός υποψήφιος για θέσεις Φαρμακευτικής; Δηλαδή, θα υπάρχει ένα στίγμα που θα συνδέεται με το να είσαι υπάλληλος CRO σταδιοδρομίας, έναντι του να είσαι στο φαρμακευτικό;

Η πρώτη μου πλήρης δουλειά ήταν σε CRO. Υπήρχαν περίπου 60 υπάλληλοι εκεί. Η ισορροπία εργασίας / ζωής ήταν αρκετά αξιοπρεπής και συνεπής. Ήταν κατά κύριο λόγο μια δουλειά 40 ωρών την εβδομάδα και οι ώρες ήταν συνήθως 9-5. Είχαμε χρεώσιμες ώρες, οπότε όσο περισσότερο δουλεύαμε, τόσο περισσότερα έβγαζε η εταιρεία. Ωστόσο, υπήρχαν κάποιες μικρές στιγμές που έπρεπε να μείνω αργότερα ή να έρθω μέσα τα Σαββατοκύριακα, αλλά αυτές οι περιπτώσεις ήταν μικρές. Γενικά, όσο περισσότερο καταπονημένοι ήσασταν, τόσο πιο πιθανό να κάνατε ένα κρίσιμο λάθος και να χάσετε χρήματα για την εταιρεία. Τώρα εργάζομαι σε μια μεγάλη φαρμακευτική εταιρεία και η δουλειά CRO ήταν πολύ πιο δύσκολη.

Το πλεονέκτημα της εργασίας σε ένα CRO είναι ότι σας επιτρέπει να μάθετε και να αποκτήσετε εμπειρία σε μια ποικιλία τεχνικών και τύπων προϊόντων. Το μειονέκτημα είναι ότι δεν υπάρχει πολύ βάθος αφού συχνά εργάζεστε σε ένα έργο για μερικούς μήνες πριν προχωρήσετε. Οι CRO είναι επίσης πιο σταθεροί οικονομικά, καθώς τείνουν να έχουν πολλούς πελάτες και να μην διαθέτουν προϊόντα. Έτσι, εάν ένα προϊόν αποτύχει σε μια κλινική δοκιμή και ο πελάτης σταματήσει να λειτουργεί, το CRO έχει ακόμα ένα σωρό άλλους πελάτες να συνεργαστεί. Ένα άλλο μειονέκτημα είναι ότι κανείς δεν εργάζεται σε ένα CRO για να βγάλει πολλά χρήματα και οι αμοιβές/οφέλη σας θα είναι συνήθως κάτω από τον μέσο όρο του κλάδου. Τα έργα σας εξαρτώνται επίσης από τον πελάτη σας, ώστε μερικές φορές να αναγκαστείτε να εργαστείτε σε πολύ βαρετά πράγματα. Υπάρχει επίσης λίγη περισσότερη πίεση αφού έχετε το αφεντικό σας στο CRO και τους πελάτες σας που επίσης πιστεύουν ότι είναι το αφεντικό σας. Μπορείτε επίσης να έχετε ένα ενδιαφέρον έργο, αλλά στη συνέχεια ο πελάτης μπορεί να το ακυρώσει από το πουθενά.

Για μένα, ένα CRO ήταν ένα φανταστικό μέρος για να ξεκινήσω την πρώιμη σταδιοδρομία μου λόγω του εύρους εμπειρίας που μου δίνει. Σίγουρα όμως υπάρχει μεγαλύτερο όριο στην εξέλιξη της σταδιοδρομίας, οπότε θα πήγαινα στη Big Pharma στα μέσα της καριέρας μου και μετά προβλέπω ότι θα επιστρέψω σε CRO αργότερα.


Μετάφραση

Μόλις το mRNA βρίσκεται στο κυτταρόπλασμα, δεσμεύεται σε ένα ριβόσωμα, το οποίο αποτελείται από πρωτεΐνη και έναν διαφορετικό τύπο RNA που ονομάζεται ριβοσωμικό RNA (rRNA). Μπορεί κανείς να σκεφτεί το ριβόσωμα ως τον πάγκο εργασίας όπου η πρωτεΐνη συντίθεται με ομοιοπολική σύνδεση αμινοξέων με την ακολουθία που καθορίζεται από τον κώδικα στο mRNA.

Πώς μεταφράζεται ο κώδικας;

Κάποιος μπορεί να σκεφτεί την αλληλουχία των βάσεων στο mRNA ως μια σειρά κωδικών γραμμάτων που διαβάζονται ως μια σειρά τριών γραμμάτων "λέξεις".

Για παράδειγμα, εάν το mRNA είχε μια ακολουθία βάσεων όπως π.χ

Αυτή η αλληλουχία, στην πραγματικότητα, θα μπορούσε να διαβαστεί ως μια σειρά λέξεων τριών γραμμάτων που αναφέρονται ως "κωδικόνια", καθένα από τα οποία καθόριζε την εισαγωγή ενός συγκεκριμένου αμινοξέος. Στο ακριβώς παραπάνω παράδειγμα, τα κωδικόνια ή οι "λέξεις" θα είναι:

Κάθε μία από αυτές τις τρεις λέξεις γραμμάτων προσδιορίζει την εισαγωγή ενός από τα 20 αμινοξέα που συνθέτουν τις ανθρώπινες πρωτεΐνες. Τα αμινοξέα μεταφέρονται στο ριβόσωμα από μια οικογένεια RNA μεταφοράς (tRNA) και υπάρχουν συγκεκριμένα tRNA για κάθε αμινοξύ.Τα tRNA αποτελούνται από έναν μόνο κλώνο RNA, αλλά ο κλώνος τείνει να αναδιπλώνεται στον εαυτό του και να δημιουργεί βρόχους που συγκρατούνται στη θέση τους με δεσμούς υδρογόνου μεταξύ τμημάτων του tRNA, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.

Στην παραπάνω απεικόνιση, η βασική αλληλουχία CAT στο DNA μεταγράφηκε για να γίνει το κωδικόνιο GUA στο αγγελιοφόρο RNA. Το mRNA έφυγε από τον πυρήνα και προσαρτήθηκε σε ένα ριβόσωμα όπου ξεκίνησε η πρωτεϊνοσύνθεση (μετάφραση). Κάθε κωδικόνιο στο mRNA καθόριζε ένα συγκεκριμένο αμινοξύ που θα προστεθεί στην αναπτυσσόμενη πρωτεϊνική αλυσίδα. Σε αυτό το παράδειγμα, τα πρώτα τέσσερα αμινοξέα ορίζονται ως "quotAA1-AA2-AA3-AA4". Το επόμενο κωδικόνιο στο mRNA ήταν & quotGUA. & Quot Το συμπλήρωμα στο GUA είναι & quotCAU & quot που είναι το αντικωδικόνιο σε ένα RNA μεταφοράς που φέρει το αμινοξύ βαλίνη. Το αντι -κωδικόνιο CAU στο tRNA για βαλίνη συνδεδεμένο με το κωδικόνιο GUA σε mRNA. Αυτό τοποθέτησε τη βαλίνη ως το επόμενο αμινοξύ κατά σειρά, και με την προσθήκη κυτταρικής ενέργειας (ΑΤΡ), η βαλίνη συνδέθηκε ομοιοπολικά με το ΑΑ4 στην αλυσίδα αμινοξέων.

Στην παραπάνω ενότητα σχετικά με τη μεταγραφή, επικεντρωθήκαμε στη δημιουργία του mRNA για ένα συγκεκριμένο γονίδιο αυτά τα γεγονότα έλαβαν χώρα στον πυρήνα του κυττάρου. Το παρακάτω σχήμα απεικονίζει τα επόμενα γεγονότα που λαμβάνουν χώρα μετά την έξοδο του mRNA από τον πυρήνα και την προσκόλληση σε ένα ριβόσωμα και την έναρξη της μετάφρασης.

Εξήντα ένα κωδικόνια προσδιορίζουν ένα αμινοξύ και τα υπόλοιπα τρία λειτουργούν ως σήματα τερματισμού για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Για παράδειγμα, στο παρακάτω σχήμα το κωδικόνιο UGA σηματοδοτεί το τέλος της σύνθεσης της πρωτεΐνης. Ο κώδικας για όλα τα πιθανά κωδικόνια τριών γραμμάτων στο mRNA φαίνεται στον μπλε πίνακα παρακάτω. Σημειώστε ότι υπάρχει κάποια περίσσεια στον κώδικα. Για παράδειγμα, υπάρχουν τέσσερα ξεχωριστά κωδικόνια για το αμινοξύ προλίνη. Παρ 'όλα αυτά, ο κώδικας είναι σαφής, διότι καμία τριπλή κωδικοποίηση για περισσότερα από ένα αμινοξέα. Επιπλέον, με μερικές μόνο μικρές εξαιρέσεις, ο ίδιος κώδικας βρίσκεται παγκοσμίως σε ιούς, βακτήρια, πρωτεΐνες, φυτά, μύκητες και ζώα.

Σημειώστε ότι στο παρακάτω παράδειγμα, το UGA, είναι ένα σήμα στο STOP, που σημαίνει ότι η αλυσίδα αμινοξέων είναι πλήρης και δεν πρόκειται να προστεθούν άλλα αμινοξέα. Λάβετε υπόψη ότι αυτές οι απεικονίσεις περιλαμβάνουν μόνο σύντομες αλληλουχίες κωδικονίων και μια πραγματική πρωτεΐνη θα έχει γενικά πολύ μεγαλύτερη αλληλουχία. Ωστόσο, αυτά τα παραδείγματα επεξηγούν πώς ο κώδικας μεταγράφεται από το DNA σε mRNA και πώς το mRNA μεταφράζεται στη συνέχεια προκειμένου να προσδιοριστεί η αλληλουχία αμινοξέων σε μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη που είναι το προϊόν αυτού του συγκεκριμένου γονιδίου σε ένα χρωμόσωμα.

Το παραπάνω σχήμα καθιστά σαφές ότι η σειρά των κωδικονίων μέσα σε ένα γονίδιο (ένα τμήμα του DNA που κωδικοποιεί μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη) καθορίζει την αλληλουχία αμινοξέων στην πρωτεΐνη. Το σήμα έναρξης για τη σύνθεση πρωτεϊνών είναι το κωδικόνιο AUG, το οποίο προσδιορίζει την ενσωμάτωση του αμινοξέος μεθειονίνη. Όταν το mRNA προσκολλάται σε ένα ριβόσωμα, τα ένζυμα αναζητούν το κωδικόνιο AUG, όχι μόνο ως σήμα έναρξης, αλλά και ως μέσο για να γνωρίζουν ακριβώς ποιο είναι το πρώτο γράμμα καθενός από τα κωδικόνια τριών γραμμάτων. Για παράδειγμα, ένα αγγελιοφόρο RNA μπορεί να έχει την ακολουθία κωδικονίων που φαίνεται στην παραπάνω εικόνα, δηλ.

Ωστόσο, εάν το σήμα έναρξης μετατοπίστηκε κατά ένα νουκλεοτίδιο (π.χ., ξεκινώντας από το πρώτο "U" αντί για το "A"), τα κωδικόνια θα διαβάζονταν ως:

και αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα τη σύνθεση μιας πολύ διαφορετικής αλληλουχίας αμινοξέων. Τα σφάλματα στην αλληλουχία των αμινοξέων μπορεί, στην πραγματικότητα, να προκύψουν από μεταλλάξεις, όπως περιγράφεται παρακάτω.

Το παρακάτω βίντεο παρέχει μια λεπτομερή περίληψη των γεγονότων που συμβαίνουν κατά τη μετάφραση του προτύπου mRNA σε μια πρωτεΐνη.

Αυτό το επόμενο βίντεο είναι μια εξαιρετική απεικόνιση της μεταγραφής και της μετάφρασης, αλλά τα απεικονίζει με τρόπο που παρέχει μια προσέγγιση σε πραγματικό χρόνο.

Μια ενδιαφέρουσα παραλλαγή του HIV

Ο ιός της ανθρώπινης ανοσοανεπάρκειας (HIV) είναι γνωστός ως ρετροϊός. Αποτελείται από ένα μονό κλώνο (μόριο) RNA μέσα σε μια πρωτεϊνική επικάλυψη. Όταν ο HIV συνδέεται με ένα Τ λεμφοκύτταρο, εισέρχεται στο λεμφοκύτταρο και αποβάλλει το πρωτεϊνικό του περίβλημα. Ένα ιικό ένζυμο που ονομάζεται αντίστροφη τρανκριπτάση χρησιμοποιεί στη συνέχεια τον κλώνο του ιικού RNA ως πρότυπο για να δημιουργήσει ένα μόριο DNA που μπορεί να ενσωματωθεί στο DNA του μολυσμένου κυττάρου ξενιστή. Σε αυτήν την περίπτωση, το RNA χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός μορίου DNA και η διαδικασία έχει ονομαστεί "αντίστροφη μεταγραφή".


Science at the Frontier (1992)

Γονιδιακός Έλεγχος: Παράγοντες και Μηχανισμοί Μεταγραφής

Από την αποσαφήνιση της δομής διπλής έλικας του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος (DNA) το 1953, οι βιολόγοι αγωνίζονται για να κατανοήσουν τις λεπτομέρειες της επιστήμης της γενετικής. Όσο πιο βαθιά διεισδύουν στη λειτουργία της διαδικασίας του DNA, ωστόσο, τόσο περισσότερη πολυπλοκότητα εμφανίζεται, αμφισβητώντας την πρώιμη αισιοδοξία ότι ο χαρακτηρισμός των δομικών μηχανισμών θα αποκάλυπτε ολόκληρη την εικόνα. Φαίνεται πλέον πιθανό ότι η ζωή μέσα σε έναν οργανισμό ξετυλίγεται ως μια δυναμική διαδικασία, καθοδηγούμενη από το πρόγραμμα DNA για βεβαιότητα, αλλά δεν υπόκειται σε ωρολογιακή προβλεψιμότητα. Μια από τις πιο ενδιαφέρουσες ερωτήσεις περιλαμβάνει το πρώτο βήμα στη διαδικασία, πώς το ίδιο το DNA παρέχει τις πληροφορίες του στον οργανισμό. Στο συμπόσιο Frontiers, μια χούφτα κορυφαίων γενετικών επιστημόνων μίλησαν για την έρευνά τους σχετικά με τη μεταγραφή και το κρίσιμο πρώτο στάδιο στο οποίο σχηματίζονται μόρια RNA για να παραδώσουν τις οδηγίες του DNA στα εργοστάσια παραγωγής ριβοσωμικών πρωτεϊνών ενός κυττάρου. Η συζήτηση βασίστηκε σε μια επισκόπηση του Robert Tjian, ο οποίος ηγείται μιας ομάδας ερευνητών στο Ιατρικό Ινστιτούτο Howard Hughes και διδάσκει στο Τμήμα Μοριακής και Κυτταρικής Βιολογίας στην πανεπιστημιούπολη Berkeley του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια.

Ο Έρικ Λάντερ του Ινστιτούτου Whitehead στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης οργάνωσε τη συνεδρία «για να δώσει μια συντονισμένη εικόνα του γονιδιακού ελέγχου στις πολλές διαφορετικές εκδηλώσεις του, τόσο στα διαφορετικά βιολογικά προβλήματα στα οποία εφαρμόζεται όσο και στις διαφορετικές μεθόδους που χρησιμοποιούν οι άνθρωποι για την κατανόησή του». Ο στόχος ήταν να προσπαθήσουμε

παρέχει στους «μη βιολόγους στο συμπόσιο μια αίσθηση του πώς το γονιδίωμα γνωρίζει πού βρίσκονται τα γονίδιά του και πώς εκφράζει αυτά τα γονίδια».

Πιθανώς καμία άλλη επιστημονική ανακάλυψη στο δεύτερο μισό του 20ού αιώνα δεν είχε τον αντίκτυπο στην επιστήμη και τον πολιτισμό που είχε η αποσαφήνιση της δομής και της λειτουργίας του DNA. Ο τομέας της μοριακής βιολογίας έχει εκτοξευτεί στο προσκήνιο των επιστημών της ζωής και καθώς οι επαγγελματίες του αναπτύσσουν γρήγορα εφαρμογές από αυτές τις γνώσεις, εμφανίζονται συνεχώς νέοι ορίζοντες. Τα λειτουργικά στοιχεία της γενετικής, που ονομάζονται γονίδια, μπορούν τώρα να αντιγραφούν και να κατασκευαστούν και στη συνέχεια να επανεισαχθούν σε ζωντανούς οργανισμούς, οι οποίοι γενικά τα αποδέχονται και ακολουθούν τις νέες οδηγίες τους. Η τεχνολογία ανασυνδυασμένου DNA και η γονιδιακή θεραπεία υπόσχονται να αλλάξουν όχι μόνο την άποψή μας για την ιατρική, αλλά και τη θεμελιώδη αίσθηση της κοινωνίας για τον έλεγχο της βιολογικής της μοίρας, ίσως ακόμη και την εξέλιξή της.

ΠΩΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙ το DNA

Παρά τη σημασία της σύγχρονης γενετικής, πολλές από τις θεμελιώδεις αρχές της δεν είναι ακόμη ευρέως κατανοητές. Μια περίληψη των όσων έχουμε μάθει για το DNA μπορεί να χρησιμεύσει ως μια χρήσιμη εισαγωγή στη συζήτηση σχετικά με τη μεταγραφή και την έκφραση γονιδίων:

Η κληρονομήσιμη γενετική πληροφορία για όλη τη ζωή έρχεται με τη μορφή ενός μορίου που ονομάζεται DNA. Ένα πλήρες σύνολο DNA ενός φυτού ή ενός ζώου βρίσκεται μέσα στον πυρήνα κάθε κυττάρου του οργανισμού. Εγγενείς στη δομή του μορίου DNA είναι πολύ μακριές χορδές που αποτελούνται από τα λεγόμενα ζεύγη βάσεων, εκ των οποίων υπάρχουν τέσσερις τύποι. Ένα γονίδιο είναι ένα τμήμα αυτής της χορδής που έχει μια συγκεκριμένη ακολουθία των τεσσάρων ζευγών βάσεων, δίνοντάς της έναν μοναδικό χαρακτήρα. Τα γονίδια συνδέονται το ένα μετά το άλλο και η σειρά του DNA μεταφέρεται σε πολύπλοκες δομές που ονομάζονται χρωμοσώματα, από τα οποία υπάρχουν 23 ζεύγη στον άνθρωπο. Οι ερευνητές θέτουν τον αριθμό των διακριτών γονιδίων στον άνθρωπο σε περίπου 100.000. Για να διευκρινίσει την έννοια του DNA, ο Ντάγκλας Χάναχαν από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Σαν Φρανσίσκο, επικαλέστηκε τη μεταφορά μιας μαγνητικής ταινίας, «η οποία μοιάζει παντού ίδια, αλλά έχει μέσα της (ή μπορεί να έχει) διακριτά τραγούδια που αποτελούνται από πληροφορίες». Ένα γονίδιο μπορεί έτσι να παρομοιαστεί με ένα συγκεκριμένο τραγούδι.

Το γενικό περίγραμμα αυτής της εικόνας ήταν γνωστό στις αρχές της δεκαετίας του 1950, αλλά ακόμη και το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο δεν είχε αποκαλύψει ακριβώς πώς ήταν δομημένο το μόριο του DNA. Όταν ο Βρετανός βιοφυσικός Φράνσις Κρικ και ο Αμερικανός μοριακός βιολόγος Τζέιμς Γουάτσον πρότειναν για πρώτη φορά τη δομή διπλής έλικας για το DNA, ένα κεραυνό αντήχησε σε όλη τη μοριακή βιολογία και βιοχημεία. Πολύ περισσότερο από ένα απλό

ταξινόμηση της δομής, ήταν μια αποκάλυψη της οποίας οι επιπτώσεις άνοιξαν μια τεράστια περιοχή εξερεύνησης. Γιατί τόσο σημαντικό; Επειδή αυτή η δομή διευκολύνει τον ρόλο και τη λειτουργία του DNA σε τέτοιο βαθμό που όλη η διαδικασία της αποκωδικοποίησης και τελικά της αλλαγής της βασικής γενετικής πληροφορίας ξαφνικά εμφανίστηκε, τραβώντας την κουρτίνα σε αυτό που έγινε γνωστό ως το αλφάβητο της ζωής.

Η δομή του DNA έγινε αμέσως αντιληπτή ότι υποδηλώνει δραματικά τον τρόπο με τον οποίο το μόριο λειτουργεί στην πραγματικότητα για να αποθηκεύει και να παρέχει κωδικοποιημένες πληροφορίες. Με ασθενή χημικό δεσμό μεταξύ συμπληρωματικών βάσεων & mdashadenine με θυμίνη και κυτοσίνη με γουανίνη, και κάθε ζεύγος αντίστροφα&mdash, η κληρονομική αποθήκευση πληροφοριών σε όλες τις μορφές ζωής διαμορφώνεται ως κωδικοποιημένη ακολουθία απλών σημάτων. Τα σήματα είναι διατεταγμένα στη δομή διπλής έλικας που ανακάλυψαν οι Watson και Crick. Φανταστείτε δύο σκέλη σχοινιού δίπλα-δίπλα, το καθένα με μια σειρά από χημικές βάσεις κατά μήκος του (Εικόνα 5.1). Όταν μια βάση στο πρώτο σχοινί είναι αδενίνη (Α), η βάση απέναντι από αυτό στο άλλο σχοινί

Εικόνα 5.1 Σκελετικό μοντέλο διπλού ελικοειδούς DNA. Η δομή επαναλαμβάνεται σε διαστήματα 34 angstroms, που αντιστοιχεί σε 10 υπολείμματα σε κάθε αλυσίδα. (Από τη σελ. 77 στην 3η έκδοση BIOCHEMISTRY, από τον Lubert Stryer. Πνευματικά δικαιώματα & αντίγραφο 1975, 1981, 1988 από τον Lubert Stryer. Ανατύπωση με άδεια από τον W.H. Freeman and Company.)

θα είναι θυμίνη (Τ). Επίσης, αντίστροφα, εάν η θυμίνη εμφανιστεί στον ένα κλώνο, η αδενίνη θα βρεθεί απέναντι στον άλλο κλώνο. Η ίδια λογική ισχύει και για ανάλογα ζεύγη με κυτοσίνη (C) και γουανίνη (G). Αυτά τα ζεύγη βάσεων παρουσιάζουν την οριζόντια σύνδεση, σαν να λέγαμε, λόγω της συγγένειάς τους για έναν ασθενή χημικό δεσμό με τον συμπληρωματικό τους σύντροφο στον αντίθετο κλώνο. Αλλά κατά μήκος του κατακόρυφου άξονα (το μήκος του σχοινιού), οποιαδήποτε από τις τέσσερις βάσεις μπορεί να εμφανιστεί στη συνέχεια. Επομένως, το σχοινί&mdash το ονομάζει μονή αλυσίδα, είτε ο νοηματικός κλώνος είτε ο αντιπληροφοριακός κλώνος&mdash του DNA μπορεί να έχει ουσιαστικά οποιαδήποτε αλληλουχία των A, C, G και T. Ο άλλος κλώνος θα έχει αναγκαστικά τη συμπληρωματική αλληλουχία. ο κώδικας είναι απλώς η ακολουθία των ζευγών βάσεων, που συνήθως προσεγγίζεται κοιτάζοντας μόνο έναν από τους κλώνους.

Στην προσπάθειά τους να εξηγήσουν την πολυπλοκότητα της ζωής, οι επιστήμονες στράφηκαν στη συνέχεια στην αποκρυπτογράφηση του κώδικα. Μόλις συνειδητοποιήθηκε ότι οι τέσσερις βάσεις νουκλεοτιδίων ήταν τα βασικά γράμματα του γενετικού αλφαβήτου, το ερώτημα έγινε, πώς σχηματίζουν τις λέξεις; Η απάντηση ήταν γνωστή μέσα σε μια δεκαετία: οι 64 πιθανοί συνδυασμοί οποιωνδήποτε δεδομένων τριών από αυτούς&mdash αναφέρονται ως τρίδυμα&mdash, καθώς συναντώνται σε αρμονία κατά μήκος ενός κλώνου DNA, και ο καθένας έδωσε μια οδηγία για να «δημιουργηθεί ένα αμινοξύ».

Μόνο 20 αμινοξέα έχουν βρεθεί σε φυτικά και ζωικά κύτταρα. Η προσαρμογή των 64 "εντολών λέξεων" στα 20 αποτελέσματα έδειξε ότι ένας αριθμός από τα αμινοξέα θα μπορούσε να ρυθμιστεί με περισσότερες από μία "αλληλουχία λέξεων" τριών γραμμάτων ή τριπλή νουκλεοτιδίων, γνωστή ως κωδικόνιο (Εικόνα 5.2). Η εξήγηση παραμένει ένα ενδιαφέρον ερώτημα και μέχρι στιγμής η καλύτερη εικασία φαίνεται να είναι η θεωρία προστασίας πλεονασμού ως σφάλματος: ότι για ορισμένα αμινοξέα, τα κωδικόνια που μπορούν να μπερδευτούν σε μια «τυπογραφική λανθασμένη μετάφραση» δεν θα παράγουν τόσο εύκολα μια ανάγνωση σφάλμα, επειδή το ίδιο αποτέλεσμα καλείται από πολλά κωδικόνια.

Τα κωδικόνια χρησιμεύουν, είπε ο Hanahan "για τη μετάδοση των πληροφοριών κωδικοποίησης πρωτεΐνης από τη θέση αποθήκευσης DNA, τον πυρήνα του κυττάρου, στη θέση της πρωτεϊνικής σύνθεσης, το κυτταρόπλασμα. Το όχημα για τη μετάδοση πληροφοριών είναι το RNA. DNA, το κύριο αντίγραφο του ο κώδικας παραμένει πίσω στον πυρήνα ενός κυττάρου. Το RNA, ένα μόριο του οποίου η δομή είναι χημικά παρόμοια με του DNA, χρησιμεύει ως πρότυπο για τις πληροφορίες και τις μεταφέρει έξω από τον πυρήνα του κυττάρου στο κυτταρόπλασμα, όπου χρησιμοποιείται για την κατασκευή μιας δεδομένης αλληλουχίας πρωτεϊνών.

Μόλις γίνει η μεταγραφή του αγγελιοφόρου, η μετάφρασή του τελικά έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή (πολυμερισμό) μιας σειράς αμινοξέων που συνδέονται με πεπτιδικούς δεσμούς σε μακριές, γραμμικές αλυσίδες που με τη σειρά τους διπλώνουν σε ενδιαφέροντα, συχνά σφαιρικά μοριακά σχήματα λόγω αδύναμων χημικών συγγένειες μεταξύ και μεταξύ διαφόρων αμινοξέων.

Εικόνα 5.2 (Α) Διάγραμμα πολυριβοσώματος. Κάθε ριβόσωμα προσκολλάται σε ένα σήμα έναρξης στο 5' άκρο μιας αλυσίδας αγγελιαφόρου RNA (mRNA) και συνθέτει ένα πολυπεπτίδιο καθώς προχωρά κατά μήκος του μορίου. Πολλά ριβοσώματα μπορεί να είναι συνδεδεμένα σε ένα μόριο mRNA τη φορά, ολόκληρο το συγκρότημα ονομάζεται πολυριβόσωμα.

(Β) Μεταγραφή και μετάφραση. Τα νουκλεοτίδια του mRNA συναρμολογούνται για να σχηματίσουν ένα συμπληρωματικό αντίγραφο ενός κλώνου DNA. Κάθε ομάδα των τριών είναι ένα κωδικόνιο που είναι συμπληρωματικό σε μια ομάδα τριών νουκλεοτιδίων στην περιοχή αντι-κωδικονίου ενός συγκεκριμένου μορίου μεταφοράς (tRNA). Όταν συμβαίνει σύζευξη βάσεων, ένα αμινοξύ που φέρεται στο άλλο άκρο του μορίου tRNA προστίθεται στην αναπτυσσόμενη πρωτεϊνική αλυσίδα. (Αναδημοσίευση με άδεια από τους Watson et al., 1987, σελ. 84. Πνευματικά δικαιώματα & αντίγραφο 1987 από την The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc.)

Αυτά τα βήματα είναι χημικά ενδιαφέροντα, αλλά το μυστήριο που ανάγκασε τους επιστήμονες στο συμπόσιο Frontiers περιβάλλει το αρχικό αντίγραφο που δημιουργείται από ένα είδος ριβονουκλεϊκού οξέος που ονομάζεται αγγελιοφόρο RNA (mRNA). Η επισκόπηση του Tjian, "Γονιδιακή ρύθμιση στα ζωικά κύτταρα: Παράγοντες και μηχανισμοί μεταγραφής", άγγιξε μεγάλο μέρος του παραπάνω φόντου και παρουσίασε μερικά από τα βασικά ζητήματα που διερευνούν οι επιστήμονες καθώς διερευνούν τη διαδικασία του mRNA. Οι συνάδελφοί του στη συνεδρία για τη ρύθμιση των γονιδίων περιέγραψαν ο καθένας ενδιαφέροντα ευρήματα με βάση τις μελέτες τους για τη ρύθμιση σε διάφορους οργανισμούς: Arnold Berk, από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Λος Άντζελες, σε ιούς Kevin Struhl, από την Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ, στη μαγιά Ruth Lehmann, από το Ινστιτούτο Whitehead, στη μύγα φρούτων και το Hanahan, σε ποντίκια. Εξήγησαν το έργο τους στο συμπόσιο και πρότειναν πώς οι επιπτώσεις του μπορεί να βοηθήσουν στην αποσαφήνιση της ανθρώπινης γενετικής και στη συμπλήρωση της ευρύτερης εικόνας του πώς λειτουργεί η ζωή.

Ο ΡΟΛΟΣ ΤΟΥ DNA

Μη κωδικοποιητικό DNA&mdash Λεπτότητα, Στίξη ή Απλά Σκουπίδια;

Οι επιστήμονες δεν μπορούν να πουν με βεβαιότητα εάν η πλειονότητα των μη κωδικοποιημένων γονιδίων που δεν φαίνεται να λένε απλώς «φτιάχνουν αυτή τη σειρά αμινοξέων», λένε τίποτα απολύτως. Ο Tjian έχει ακούσει πολλές εικασίες σχετικά με αυτήν την ερώτηση: "Οι περισσότεροι άνθρωποι στον τομέα συμφωνούν ότι μόνο ένα πολύ μικρό ποσοστό του ανθρώπινου γονιδιώματος κωδικοποιεί... τις πρωτεΐνες που κάνουν πραγματικά όλη τη σκληρή δουλειά. Να πω ότι όλη αυτή η ενδιάμεση σειρά είναι εντελώς ασήμαντη. Το γεγονός είναι ότι δεν ξέρουμε τι κάνουν». Σημειώνει ένα ενδιαφέρον φαινόμενο μεταξύ των επιστημόνων, παρατηρώντας ότι ενώ «μερικοί άνθρωποι το αποκαλούν σκουπίδια», άλλοι σαν τον ίδιο «θα προτιμούσαν να πουν «δεν ξέρω». Αντί να απορρίψουν τη σημασία αυτού του μη αποκρυπτογραφημένου DNA, αυτός και άλλοι να το ταξινομήσετε διανοητικά ως Στίξη που τροποποιεί και επηρεάζει τη μεταγραφή. "Υπάρχουν ξεκάθαρα πολλά σημεία στίξης, αλλά εξακολουθεί να τίθεται το ερώτημα: Γιατί τα αμφίβια έχουν τόσο περισσότερο DNA από εμάς; Γιατί το απλό κρίνο έχει τόσο πολύ DNA, ενώ ο άνθρωπος είναι σαφώς εξίσου περίπλοκο όσον αφορά τις μεταβολικές διεργασίες&mdashdoesn Φαίνεται ότι δεν το χρειάζομαι; Στην πραγματικότητα, πολλοί άνθρωποι αναρωτιούνται αν αυτές οι ακολουθίες είναι ίσως εκεί για πιο λεπτές διαφορές και διαφορές μεταξύ εσάς και εμένα που στο σημερινό στάδιο εκλέπτυσής μας μπορεί να είναι πολύ δύσκολο να διακριθούν. "

Ο Έρικ Λάντερ, ανταποκρινόμενος στην περιέργεια για τα γονίδια περίσσειας ή ανεπιθύμητης ενέργειας, επεσήμανε ότι το ερώτημα που τίθεται συχνά είναι, εάν δεν είναι χρήσιμο, γιατί υπάρχει; Και συνέχισε, «Από εξελικτική άποψη, του

φυσικά το σχετικό ερώτημα είναι ακριβώς το αντίστροφο: Πώς θα το ξεμπερδέψατε; Χρειάζεται δουλειά μέσω της φυσικής επιλογής για να απαλλαγούμε από τα πράγματα, και αν δεν είναι πρόβλημα, γιατί να το σκουπίζετε; Αυτός είναι πραγματικά ο τρόπος με τον οποίο πιθανώς το βλέπει η ζωή." Τα υπολείμματα δεν είναι ασυνήθιστα στα υψηλότερα σκαλοπάτια της εξελικτικής κλίμακας, επεσήμανε ο Lander, ενώ "οι ιοί, για παράδειγμα, βρίσκονται υπό πολύ μεγαλύτερη πίεση για να ανταγωνιστούν, και το κάνουν σε μέρος με την αποτελεσματική αντιγραφή του DNA τους».

Ωστόσο, η εκπληκτική πολυπλοκότητα, η ακρίβεια και ο συγχρονισμός του βιολογικού μηχανισμού στα κύτταρά μας φαίνεται να υποδηλώνουν στον Tjian και σε άλλους ότι οι αλληλουχίες βάσεων νουκλεοτιδίων ανάμεσα στα σαφώς οριοθετημένα κωδικοποιητικά γονίδια έχουν μια ζωτική λειτουργία. Ή πιο πιθανό, μια σειρά από λειτουργίες. Τώρα που τα ερωτήματα που τίθενται από τους επιστήμονες που χαρτογραφούν το γονιδίωμα αρχίζουν να γίνονται πιο εκλεπτυσμένα και διακριτικά, ο ίδιος ο ορισμός του γονιδίου αρχίζει να ταλαντεύεται. Συχνά είναι βολικό να αντιλαμβανόμαστε τα γονίδια ως μια σειρά από διακριτά μαργαριτάρια&mdash ή μια συμπλεγμένη χορδή που ακολουθεί τη μεταφορά της διπλής έλικας&mdasht που συλλέγονται σε ένα δεδομένο χρωμόσωμα. Αλλά ο Tjian ενισχύει τη σημασία της ανακάλυψης ότι πολύ λιγότερες από τις μισές αλληλουχίες βάσεων κωδικοποιούν στην πραγματικότητα τη δημιουργία μιας πρωτεΐνης.

Αναζητά τα μηνύματα που περιέχονται στο μεγαλύτερο (κατά τρεις ή τέσσερις συντελεστές) «μη κωδικοποιητικό» τμήμα του ανθρώπινου γονιδιώματος. Η χαρτογράφηση είναι ένα πράγμα: τελικά με τη βοήθεια υπερυπολογιστών και εκλεπτυσμένων πειραματικών και μικροσκοπικών τεχνικών για την ανίχνευση του υλικού DNA, ένας στρατός ερευνητών θα έχει σχεδιάσει έναν χάρτη που δείχνει τη γενική, γραμμική ακολουθία όλων των ζευγών βάσεων νουκλεοτιδίων, τα οποία αριθμούν περίπου 3 δισεκατομμύρια στον άνθρωπο. Για τον Tjian, ωστόσο, αυτό θα είναι μόνο σαν τη συγκέντρωση ενός μεγάλου σωρού από κομμάτια παζλ. Κοιτάζει στο επόμενο στάδιο, προσπαθώντας να συνδυάσει το παζλ, αλλά από αυτό το πρώιμο σημείο της διαδικασίας είναι δύσκολο να πούμε με βεβαιότητα ακόμη και το μέγεθος και το σχήμα των μεμονωμένων κομματιών. Γνωρίζει τον τίτλο της συγκεντρωμένης εικόνας: «Πώς το DNA διέπει όλες τις περίπλοκες πολυπλοκότητες της ζωής».

Μια πρώιμη εικόνα αποδεικνύεται σημαντική και απηχεί αποκαλύψεις που αποκαλύφθηκαν από επιστήμονες που μελετούν πολύπλοκα και δυναμικά συστήματα: καθένα από τα τρισεκατομμύρια κύτταρα σε έναν άνθρωπο δεν είναι μια αυτόνομη οντότητα που, μόλις δημιουργηθεί από το DNA, λειτουργεί σαν μηχανή. Η ζωή είναι μια διαδικασία, που απαιτεί απείρως πολλές και απείρως λεπτές αντιδράσεις και απαντήσεις στις συνθήκες που εκτυλίσσονται. Ο επίσημος τρόπος για να αποσαφηνιστεί αυτό είναι να αναφερθούμε στην πραγματική γενική ακολουθία βάσεων σε έναν οργανισμό ως γονότυπο του και στην πραγματική φυσική μορφή ζωής στην οποία εξελίσσεται ο γονότυπος ως φαινότυπος. Η διάκριση αποκτά ακόμη μεγαλύτερη σημασία όταν λαμβάνονται υπόψη οι επιδράσεις των αλληλεπιδρώντων δυναμικών φαινομένων στην εξέλιξη ενός συστήματος. Ένα δημοφιλές σύνθημα μεταξύ των βιολόγων

πηγαίνει: η εξέλιξη παρέχει μόνο τον γονότυπο που ο φαινότυπος πρέπει να πληρώσει τους λογαριασμούς.Ο Tjian και οι συνάδελφοί του υποπτεύονται έντονα ότι, σε κυτταρικό επίπεδο, είναι το επίπεδο στο οποίο αναζητούν οι μοριακοί βιολόγοι και όπου το DNA τελικά παράγει τα αποτελέσματά του και οι οδηγίες δεν καθορίζονται απλώς και στη συνέχεια τελειώνουν σαν ένα μόνιμα και ντετερμινιστικά τελειωμένο ρολόι. Οι περισσότερες από τις μη -επεμβατικές και δηλ., Εκτός από βιοχημικά απαιτητικές και προβλέψιμες, λειτουργίες που πραγματοποιούνται μέσα στο κύτταρο πρέπει να έχουν καθοδηγητική νοημοσύνη και αυτή η νοημοσύνη πρέπει να κωδικοποιείται στο DNA. Και αυτοί οι σύγχρονοι γενετιστές εξαναγκάζονται περισσότερο από τις ίδιες τις λειτουργίες που ξεκινούν τη διαδικασία, μετατρέποντας το πρόγραμμα του DNA σε δράση.

Το κεντρικό δόγμα της βιολογίας

Λίγο καιρό αφότου ο Κρικ και ο Γουότσον έκαναν την περίφημη ανακάλυψή τους, συνέχισαν τις ξεχωριστές έρευνές τους και ο Κρικ ήταν από αυτούς που έλαβαν τα περισσότερα εύσημα για να βοηθήσουν στην αποκάλυψη του ίδιου του κώδικα. Στην πορεία, κατέστη σαφές ότι το DNA δεν ήταν καθόλου ηθοποιός, αλλά μάλλον ένα παθητικό κύριο αντίγραφο του σχεδίου ζωής των κυττάρων ενός οργανισμού. Ο Crick ήταν υπεύθυνος για αυτό που ονομάστηκε κεντρικό δόγμα της βιολογίας&mdash η ακολουθία βημάτων που εμπλέκονται στη ροή πληροφοριών από το κύριο σχέδιο του DNA μέχρι την τελική κατασκευή των πρωτεϊνών που τροφοδοτούν τη διαδικασία της ζωής (Εικόνα 5.3).

Μοριακοί βιολόγοι και βιοχημικοί έχουν αποκαλύψει μια σειρά από συναρπαστικά και απροσδόκητα φαινόμενα σε καθένα από αυτά τα ξεχωριστά βήματα. Αλλά η μεταγραφή που έγινε στο πρώτο βήμα είναι κατανοητά κρίσιμη, επειδή κατά κάποιο τρόπο το σωστό μέρος του τεράστιου γενικού σχεδίου DNA&mdash το σωστό γονίδιο ή αλληλουχία γονιδίων&mdash πρέπει να προσπελαστεί, να συμβουλευτείτε και να μεταφραστεί για μετάδοση στο επόμενο βήμα. Έτσι, τα κυριότερα ερωτήματα της μεταγραφής & mdashoften που αναφέρονται ως γονιδιακή έκφραση & τραβούν την προσοχή ορισμένων από τους κορυφαίους γενετιστές στον κόσμο, συμπεριλαμβανομένου του Tjian και των συναδέλφων του στη σύνοδο γονιδιακής ρύθμισης του συμπόσιου, οι οποίοι εξήγησαν πώς διερευνούν πειραματικά τη διαδικασία του mRNA σε αναζήτηση απαντήσεων.

Ένα κελί έχει πολλές δουλειές να κάνει και φαίνεται να είναι προγραμματισμένο να τις κάνει. Επιπλέον, το κύτταρο πρέπει να αντιδρά στο περιβάλλον του και έτσι ανιχνεύει συνεχώς φαινόμενα στην κυτταρική του μεμβράνη με υποδοχείς σχεδιασμένους για την εργασία και στη συνέχεια μεταδίδει ένα χημικά κωδικοποιημένο σήμα στον πυρήνα. Η επεξεργασία αυτών των πληροφοριών, για να συνεχιστεί η μεταφορά, απαιτεί ένα πρόγραμμα λογισμικού και αναμφίβολα το πρόγραμμα βρίσκεται στα γονίδια. Είναι δουλειά του μηχανήματος μεταγραφής να βρει το κατάλληλο μέρος του γονιδιώματος όπου βρίσκονται οι απαραίτητες πληροφορίες. Εννοιολογικά, μπορούν να ληφθούν δύο κατηγορίες σημάτων,

Εικόνα 5.3 (Αρχή) Δρόμος για τη ροή γενετικών πληροφοριών που αναφέρεται το 1956 από τον Φράνσις Κρικ ως κεντρικό δόγμα. Τα βέλη υποδεικνύουν τις προτεινόμενες κατευθύνσεις για τη μεταφορά γενετικών πληροφοριών. Το βέλος που περιβάλλει το DNA σημαίνει ότι το DNA είναι το πρότυπο για την αυτο-αντιγραφή του. Το βέλος μεταξύ DNA και RNA υποδεικνύει ότι όλα τα μόρια κυτταρικού RNA κατασκευάζονται σε πρότυπα DNA ("μεταγράφονται"). Αντίστοιχα, όλες οι πρωτεΐνες προσδιορίζονται από πρότυπα RNA ("μεταφράζονται"). Το πιο σημαντικό, τα δύο τελευταία βέλη παρουσιάστηκαν ως μονής κατεύθυνσης, δηλαδή, οι αλληλουχίες RNA δεν καθορίζονται ποτέ από πρότυπα πρωτεϊνών, ούτε το DNA φανταζόταν ότι θα κατασκευαζόταν ποτέ σε πρότυπα RNA. (Ανατυπώθηκε με άδεια από τους Watson et al., 1987, σελ. 81. Πνευματικά δικαιώματα & αντίγραφο 1987 από την The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc.). (Κάτω) Η μεταγραφή και η μετάφραση συνδέονται στενά με τους προκαρυώτες (Α), ενώ χωρικά και χρονικά χωρίζονται στους ευκαρυώτες (Β). Στα προκαρυωτικά, η κύρια μεταγραφή χρησιμεύει ως mRNA και χρησιμοποιείται αμέσως ως πρότυπο για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Στους ευκαρυώτες, οι πρόδρομοι mRNA υποβάλλονται σε επεξεργασία και ματίζονται στον πυρήνα πριν μεταφερθούν στο κυτταρόπλασμα. [Μετά τους J. Darnell, H. Lodish και D. Baltimore. Molecular Cell Biology (Scientific American Books, 1986), σελ. 270.] (Από τη σελ. 716 στην BIOCHEMISTRY 3rd edition, by Lubert Stryer. Copyright © 1975, 1981, 1988 by Lubert Stryer. Ανατύπωση με άδεια από τον W.H. Freeman and Company.)

αν και πιθανώς στην ίδια μορφή. Κάποιος θα μπορούσε να θεωρηθεί ότι έχει προγραμματιστεί εκ των προτέρων, για παράδειγμα, όταν ένα κύτταρο αρχίζει να πεθαίνει από τον φυσικό του θάνατο, πρέπει να αντικατασταθεί και ένα πλήρες νέο σύνολο DNA πρέπει να δημιουργηθεί για το κύτταρο απογόνων. Ένα τέτοιο γεγονός αντιγραφής DNA είναι βιολογικά προβλέψιμο και επομένως θα μπορούσε να προβλεφθεί εντός του ίδιου του προγράμματος. Αλλά ένα διαφορετικό είδος σήματος είναι πιθανότατα το πιο πολυάριθμο είδος: ανάγκη ανταπόκρισης σε κάτι επιτακτικό, αντίδραση & επίλυση κάποιου εξωκυττάριου γεγονότος ή σε ενδοκυτταρική ρυθμιστική ανάγκη & mdasht που απαιτεί απάντηση. Με αυτό το τελευταίο είδος σήματος, το ένζυμο μεταγραφής RNA, η πολυμεράση RNA, κατά κάποιον τρόπο είναι σε θέση να αναζητήσει το κατάλληλο μέρος της βιβλιοθήκης DNA όπου αποθηκεύονται οι απαραίτητες πληροφορίες, να τις αντιγράψει με μεταγραφή και στη συνέχεια να μεταφέρει το αντίγραφο στο επόμενο βήμα στη διαδικασία, η οποία θα τον μετακινήσει έξω από τον πυρήνα στα ριβοσώματα. Αυτά έχουν περιγραφεί ως το εργοστάσιο παραγωγής όπου στην πραγματικότητα συναρμολογούνται οι πρωτεΐνες του σώματος χρησιμοποιώντας μια άλλη παραλλαγή του RNA, το ριβοσωμικό RNA (rRNA). Και πάλι, το κεντρικό δόγμα.

ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΣΗΣ

Ο Tjian πιστεύει ότι το κλειδί για να ξεδιαλύνουμε τις πολυπλοκότητες του κώδικα έγκειται στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο δημιουργείται η μεταγραφή RNA του αγγελιοφόρου. Δεδομένου ότι οι χημικοί κανόνες με τους οποίους λειτουργεί η πολυμεράση RNA είναι αρκετά κατανοητοί, αναζητά πιο λεπτές απαντήσεις, σχετικά με το πώς η πρωτεΐνη βρίσκει το κατάλληλο μέρος ή μέρη του γονιδιώματος Το Η έρευνά του δείχνει ότι η απάντηση πιθανότατα θα περιλαμβάνει τουλάχιστον πολλά φαινόμενα, αλλά ο στόχος του αυτή τη στιγμή είναι μια συλλογή πρωτεϊνών που ονομάζονται μεταγραφικοί παράγοντες. Δεδομένου ότι ο χρονισμός είναι επίσης ένα κρίσιμο συστατικό της διαδικασίας μεταγραφής, οι γενετιστές προσπαθούν να κατανοήσουν πώς συντονίζεται η ταχεία δημιουργία πρωτεϊνών: όχι μόνο πού, αλλά και πότε. Αυτό συμβαίνει επειδή το τελικό προϊόν, οι μακριές πολυπεπτιδικές αλυσίδες που αποτελούν τις πρωτεΐνες του σώματος, είναι γραμμικές καθώς είναι χτισμένες. Αυτή η μακρά χορδή, όταν σχεδιάστηκε ως προϊόν ενός προγράμματος, μπορεί να θεωρηθεί ως η διαδοχική σειρά με την οποία οι πρωτεΐνες απαιτούνται και συναρμολογούνται, επειδή συνδέονται μεταξύ τους η μία μετά την άλλη με χημικό δεσμό σε μια μακρά αλυσίδα προς μία μόνο κατεύθυνση. Τα εργοστάσια ριβοσωμικών κυττάρων αντλούν πρωτεΐνες με ρυθμό άνω των 30 ανά δευτερόλεπτο. Ένα μόνο ελαφρώς φανταστικό παράδειγμα: εάν η πολυμεράση RNA κινείται προς τα κάτω στην αλυσίδα DNA, και στα 1,34 δευτερόλεπτα ο κωδικός λέει UCA (σερίνη), στα 1,37 δευτερόλεπτα λέει ACG (θρεονίνη) και στη συνέχεια στο 1,40 γράφει GCA (αλανίνη), δεν μπορεί να υπάρξει καθυστέρηση στην ανάγνωση του UCA, ή οι πρωτεΐνες δεν θα τοποθετηθούν στη σωστή

η πρωτεϊνική αλληλουχία και συνεπώς η προκύπτουσα αλυσίδα πολυπεπτιδίου θα είναι διαφορετική και ολόκληρο το σύστημα θα διασπαστεί.

Χάρη στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, ο Tjian ήταν σε θέση να παρέχει κινούμενες εικόνες της διαδικασίας μεταγραφής σε δράση. Σχεδόν όλοι οι ηθοποιοί σε αυτό το δράμα είναι πρωτεΐνες με τη μία ή την άλλη μορφή, η κύρια ουσία που είναι υπεύθυνη για τη μεταγραφή είναι μια σύνθετη πρωτεΐνη που ονομάζεται RNA πολυμεράση II. Η RNA πολυμεράση II είναι ένα ένζυμο πολλαπλών υπομονάδων που αποτελείται από περίπου 10 διαφορετικά πολυπεπτίδια.

Το πρώτο βήμα είναι να καθαριστεί ο κλώνος του DNA από τα συσχετιζόμενα συστατικά χρωματίνης έτσι ώστε η RNA πολυμεράση να μπορεί να φτάσει σε αυτό. Το μόριο DNA σε ένα ευκαρυωτικό είναι τυλιγμένο σε ένα σύμπλεγμα πρωτεϊνών που ονομάζονται ιστόνες, οι οποίες πρέπει να καθαριστούν από το πρότυπο DNA. Στη συνέχεια, οι δύο συμπληρωματικοί κλώνοι ξετυλίγονται τοπικά και η πολυμεράση RNA αρχίζει να κινείται κατά μήκος ενός κλώνου για να δημιουργήσει τη μεταγραφή. Διαβάζοντας νουκλεοτιδικές βάσεις δημιουργεί στην πραγματικότητα μια συμπληρωματική αλυσίδα mRNA, παράγοντας τη βάση που απαιτεί η χημεία. Η μεταγραφή mRNA είναι στην πραγματικότητα ένα αντίγραφο & mdash με την αντικατάσταση της ουρακίλης με τη θυμίνη, η κύρια αλλαγή του τομέα RNA και η αίσθηση του κλώνου του DNA, που απλώς παραμένει ενώ το πρώην συζευγμένο αντινόημα σκέλος, το χημικό του συμπλήρωμα ή αντίστοιχο, χρησιμοποιείται ως πρότυπο ( Εικόνα 5.4). Το πρότυπο δεν παράγει

Εικόνα 5.4 Μοντέλο φυσαλίδας μεταγραφής κατά την επιμήκυνση της μεταγραφής RNA. Το διπλό DNA ξετυλίγεται στο εμπρόσθιο άκρο της RNA πολυμεράσης και αναδιπλώνεται στο πίσω άκρο του. Η υβριδική έλικα RNA-DNA περιστρέφεται συγχρονισμένα. (Από τη σ. 710 στη ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ 3η έκδοση, από τον Lubert Stryer. Πνευματικά δικαιώματα & αντίγραφο 1975, 1981, 1988 από τον Lubert Stryer. Ανατυπώθηκε με άδεια των W.H. Freeman and Company.)

ένα ακριβές αντίγραφο αλλά χρησιμοποιεί βασική χημεία για να δημιουργήσει ένα συμπληρωματικό αντίγραφο του αντινόημα κλώνου, αλλά και ένα ακριβές αντίγραφο του κλώνου της αίσθησης.

Ο Tjian δεν επικεντρώνεται στα ίδια τα χημικά γεγονότα, αλλά μάλλον στο πώς η πολυμεράση RNA κατά κάποιο τρόπο ξέρει πού να πάει να ξεκινήσει και στη συνέχεια πού να τελειώσει τη μεταγραφή. Το βασικό έδαφος που διερευνά και τις πρωτεΐνες που ονομάζονται παράγοντες μεταγραφής και πινακίδες σήμανσης mdashhas, όπως περιοχές προαγωγών και ενισχυτών, και εσώνια και εξωστήρια, για να καθοδηγήσει αυτήν την αναζήτηση για το «πού» της μεταγραφής. Οι ρόλοι που παίζουν αυτές οι περιοχές είναι σε μεγάλο βαθμό άγνωστοι και προσφέρουν ένα πλούσιο terra incognita για τον μοριακό βιολόγο και βιοχημικό με μια πρωτοποριακή περιέργεια. Όπως έθεσε ο Tjian, "η πολυμεράση RNA είναι μάλλον ατίθαση" και δεν είναι ικανή να διακρίνει διακριτά μέρη του γονιδιώματος. Είναι οι παράγοντες μεταγραφής που "φαίνεται να έχουν σχεδιαστεί για να αναγνωρίζουν πολύ λεπτές διαφορές στην αλληλουχία DNA του προτύπου και μπορούν εύκολα να διακρίνουν μια πραγματική πληροφορία από σκουπίδια. Η διακριτική τους δύναμη είναι πολύ υψηλή", είπε. Χρησιμοποιούνται ως ανιχνευτές, επιτρέπουν στους γενετιστές να φιλοξενήσουν ένα κομμάτι DNA μικρού μήκους 6 έως 8 νουκλεοτιδίων.

Ζωγραφίζοντας μαθήματα από απλούστερους οργανισμούς

Όπως το έθεσε ο Άρνολντ Μπερκ: «Τι είναι τα σημεία στίξης;» Ο Berk έχει κάνει κάποια σημαντική δουλειά σε αυτό το ζήτημα, ανιχνεύοντας ένα πολύ απλούστερο γονιδίωμα σε ένα συγκεκριμένο είδος ιού που ονομάζεται αδενοϊός τύπου 2, ένας από τους 100 περίπου ιούς που προκαλούν στους ανθρώπους κρυολογήματα. Αυτή η ποικιλία των γνωστών ιών του κρυολογήματος επιτρέπει στον Berk να συμπεράνει ότι "γι' αυτό κρυώνετε κάθε χρόνο". Δεδομένου ότι μια μεμονωμένη έκθεση είναι αρκετή για να δημιουργήσει μόνιμη ανοσία ως προς την επίδρασή της, είναι συγκριτικά ασφαλές να εργαστείτε μαζί της στο εργαστήριο. Σε σύγκριση με τα 3 δισεκατομμύρια ζεύγη βάσεων στο ανθρώπινο γονιδίωμα, ο αδενοϊός έχει μόνο περίπου 36.000. Το λογικό συμπέρασμα είναι ότι, παρόλο που ο ιός δεν χρειάζεται να εκτελεί διαφορετικούς λογισμούς ή να συλλογίζεται τις φιλοσοφικές και επιστημονικές επιπτώσεις της θεωρίας του χάους και το mdashit έχει ένα πιο αποτελεσματικό γονιδίωμα. Δηλαδή, υπάρχει μια μικρότερη αναλογία σκουπιδιών ή επιπλέον (δηλαδή, άγνωστη ως προς τη σαφή λειτουργία του) DNA στο ιικό γονιδίωμα. «Αναπτύσσεται καλά στο εργαστήριο, είναι βολικό να δουλεύεις μαζί του» και η μεταγραφική του συμπεριφορά θα πρέπει να είναι σχετικά διαυγής.

Η στρατηγική του ιού, όταν καταφέρνει να μπει μέσα σε ένα κύτταρο ξενιστή, είναι να εκμεταλλευτεί την ικανότητα του κυττάρου να μεταγράφει και να μεταφράζει το DNA. Το DNA του ιού λέει κάτι σαν, "Φτιάξτε περισσότερα από αυτά." Οδηγίες που λένε "φτιάξτε πρωτεΐνες" προφανώς δεν είναι δύσκολο να βρεθούν, αφού αποτελούν την καρδιά κάθε κώδικα DNA. Αλλά αφού αποκαλύφθηκε ότι, στο ανθρώπινο και στα περισσότερα άλλα γονιδιώματα, τόσα άλλα

υπάρχει περίεργο DNA, ο ιός δεν μπορεί απλά να βρει μια γενική ακολουθία οδηγιών "να κάνει περισσότερα από αυτά". Ο ιός πρέπει να εντοπίσει έναν ή μια σειρά πολύ συγκεκριμένων παραγόντων μεταγραφής που μπορεί να χρησιμοποιήσει για να ανατρέψει το αρχικό γενετικό πρόγραμμα του κυττάρου ξενιστή για τον δικό του σκοπό, που είναι η αυτο-αναπαραγωγή. Αν βρει το σωστό μέρος για να πάει, κερδίζει. Γιατί, όπως λέει ο Berk, "το κύτταρο δεν μπορεί να κάνει διάκριση μεταξύ του ιικού DNA και του δικού του DNA και διαβάζει αυτό το ιικό DNA, το οποίο στη συνέχεια δίνει εντολή στο κύτταρο να σταματήσει ουσιαστικά αυτό που κάνει και να βάλει όλη του την ενέργεια για να παράγει χιλιάδες αντίγραφα αυτού του ιού».

Το πείραμα του Berk εκμεταλλεύεται πλήρως τη σχετική απλότητα του ιικού γονιδιώματος. Ο πειραματικός στόχος είναι να διευκρινίσει στην αλληλουχία του DNA μια λεγόμενη περιοχή προαγωγέα και να αναφέρει το "σημείο στίξης", εξήγησε, "το οποίο καθοδηγεί παράγοντες μεταγραφής και πολυμεράση RNA από πού να αρχίσει η μεταγραφή του DNA". Επειδή "ορισμένες από αυτές τις περιοχές ελέγχου που λένε στην πολυμεράση πού να ξεκινήσει είναι πολύ απλοποιημένες σε σύγκριση με τις περιοχές ελέγχου που βρίσκετε για τα κυτταρικά γονίδια", ο Berk μπόρεσε να εγκατασταθεί στην περιοχή προαγωγέα για τη μονάδα μεταγραφής Ε1Β. Αυτή η διαδικασία απεικονίζει ένα από τα βασικά πρωτόκολλα γενετικής μηχανικής.

Λόγω της απλότητας του γονιδιώματος του ιού, ο ίδιος και η ομάδα του άρχισαν να περιορίζουν την περιοχή -στόχο σε ένα σημείο μόνο 68 ζευγών βάσεων πέρα ​​από μια προηγουμένως χαρτογραφημένη περιοχή γονιδίου. Για να στοχεύσουν ακόμη πιο κοντά, στη συνέχεια κατασκεύασαν μεταλλάξεις αφαιρώντας ή αλλάζοντας μικρές περιοχές βάσης σε διαδοχικές πειραματικές διαδρομές. Η διαδικασία δοκιμής και λάθους εντοπίζει τελικά την ακριβή αλληλουχία των βάσεων που λειτουργεί, δηλαδή ξεκινά τη μεταγραφή στο κύτταρο ξενιστή. Το αποτέλεσμα είναι η αποσαφήνιση μιας συγκεκριμένης περιοχής προαγωγού για το γονιδίωμα του ιού, περισσότερη γνώση σχετικά με τους παράγοντες μεταγραφής που αλληλεπιδρούν με αυτήν την περιοχή προαγωγέα και, ελπίζει ο Berk, κάποια μεταβιβάσιμα συμπεράσματα σχετικά με τη δομή και τη λειτουργία πιο περίπλοκων περιοχών προαγωγού στα ζωικά κύτταρα.

Διερεύνηση των λεπτομερειών σύνδεσης της πρωτεΐνης στο DNA

Ένα από τα πρώτα εμπόδια στην εκτέλεση εργαστηριακών πειραμάτων, όπως αυτά που περιέγραψαν ο Berk και ο Tjian, είναι στην πραγματικότητα η λήψη επαρκούς ποσότητας πρωτεϊνών μεταγραφικού παράγοντα για εργασία. "Είναι πολύ άπιαστα επειδή παράγονται σε μικρές ποσότητες στο κύτταρο, μαζί με εκατοντάδες χιλιάδες διαφορετικές άλλες πρωτεΐνες και πρέπει να μπορείς να ψαρεύεις αυτές τις συγκεκριμένες πρωτεΐνες και να μελετάς τις ιδιότητές τους", εξήγησε ο Tjian. Ωστόσο, δεδομένου ότι η δομή τους περιλαμβάνει μια επιφάνεια που αναγνωρίζει μια χημική εικόνα μιας αλληλουχίας DNA, οι πειραματιστές μπορούν να κατασκευάσουν συνθετικές ακολουθίες DNA,

με δοκιμή και λάθος, που τελικά ταιριάζουν με το προφίλ της πρωτεΐνης που προσπαθούν να απομονώσουν και να καθαρίσουν. Αυτές οι στήλες συγγένειας DNA στη συνέχεια συνδέονται σε ένα στερεό υπόστρωμα και τοποθετούνται σε ένα χημικό διάλυμα. Όταν ένα διάλυμα με χιλιάδες υποψήφιες πρωτεΐνες ξεπλένεται από αυτές τις δεμένες σειρές DNA που οι γενετιστές αναφέρουν ως θέσεις δέσμευσης, ο στοχευμένος παράγοντας μεταγραφής αναγνωρίζει την εγγενή αλληλουχία δέσμευσής του και αγκιστρώνεται χημικά στον ανιχνευτή. Μόλις ο συντελεστής μεταγραφής είναι διαθέσιμος, μπορεί να αναλυθεί και να αντιγραφεί, συχνά με συντελεστή 10 5 σε αρκετά λογικό χρόνο εργαστηρίου.

Ο Tjian απεικόνισε μια άλλη μέθοδο για τη διεξαγωγή δεσμευτικών μελετών, δηλαδή την απομόνωση της μικρής περιοχής της αλληλουχίας του DNA που στην πραγματικότητα έρχεται σε επαφή και συνδέει τον παράγοντα μεταγραφής. Το πρώτο βήμα είναι η επισήμανση της περιοχής του γονιδίου DNA με ραδιενεργό σήμανση και στη συνέχεια η αποστολή του παράγοντα μεταγραφής για σύνδεση. Στη συνέχεια, κάποιος προσπαθεί να ερευνήσει τη σύνδεση με "επιθετικούς παράγοντες, μικρές χημικές ουσίες ή ένα ένζυμο που κόβει το DNA". Η δεσμευμένη πρωτεΐνη προστατεύει κυριολεκτικά μια συγκεκριμένη περιοχή του DNA από χημική επίθεση από αυτούς τους παράγοντες και έτσι επιτρέπει τη λεπτομερή χαρτογράφηση της θέσης αναγνώρισης. "Τα πρότυπα ηλεκτροφόρησης πηκτώματος μπορούν πραγματικά να πουν, στο νουκλεοτίδιο, πού αλληλεπιδρά η πρωτεΐνη" (Εικόνα 5.5).

Μετά από πολλά χρόνια εμπειρίας με δεσμευτικές μελέτες, ο Tjian και άλλοι μοριακοί βιολόγοι έχουν αρχίσει να αναγνωρίζουν ορισμένα υπογραφές , δομές που φαίνεται να υποδεικνύουν τομείς δέσμευσης παραγόντων μεταγραφής. Ένα από τα πιο σημαντικά είναι τα λεγόμενα δάχτυλα ψευδαργύρου, στην πραγματικότητα μια συγκεκριμένη ομάδα αμινοξέων που περιέχει ένα μόριο ψευδαργύρου που βρίσκεται μεταξύ υπολειμμάτων κυστεΐνης και ιστιδίνης. Επανειλημμένα σε δεσμευτικές μελέτες, η ανάλυση σύνθετων πρωτεϊνών έδειξε στον Tjian αυτό το «αναγνωρίσιμο σημείο σηματοδότησης ... ένα δάχτυλο ψευδαργύρου», το οποίο, όπως υπέθεσαν ο ίδιος και οι συνεργάτες του, «πιθανότατα συνδέει το DNA». Μεταγενέστερη ανάλυση έδειξε ότι ήταν, στην πραγματικότητα, συνήθως ενσωματωμένη στον τομέα της αποτελεσματικής σύνδεσης. Σε αυτόν τον πολύ εξειδικευμένο τομέα έρευνας, ο Tjian αποκάλεσε αυτή την ανακάλυψη «μια εξαιρετικά ισχυρή πληροφορία» που οδήγησε στην καταλογογράφηση μιας μεγάλης οικογένειας αποκαλούμενων πρωτεϊνών που δεσμεύουν τα δάχτυλα ψευδαργύρου. Μια άλλη παρόμοια δεσμευτική υπογραφή που ονομάζουν έλικα-στροφή-έλικα, ή «ομοιοκατάστημα».

Χρησιμοποιώντας τη δύναμη της γενετικής για τη μελέτη της μεταγραφής

Ο βιοχημικός Kevin Struhl περιέγραψε για τους συμμετέχοντες στο συμπόσιο μερικές από τις διάφορες μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν στην εργασία του εργαστηρίου του με ζύμη, έναν οργανισμό του οποίου η σχετική απλότητα και η γρήγορη αναπαραγωγιμότητα τον καθιστούν έναν καλό υποψήφιο για μελέτες της διαδικασίας μεταγραφής. "Οπως

Εικόνα 5.5 Τεχνική αποτυπώματος. Το ένα άκρο μιας αλυσίδας DNA επισημαίνεται με 32 p. Αυτό το επισημασμένο DNA στη συνέχεια αποκόπτεται σε περιορισμένο αριθμό θέσεων από την DNase I. Το ίδιο πείραμα πραγματοποιείται παρουσία μιας πρωτεΐνης που συνδέεται με συγκεκριμένες θέσεις στο DNA. Η δεσμευμένη πρωτεΐνη προστατεύει ένα τμήμα του DNA από τη δράση της DNase I. Επομένως, ορισμένα θραύσματα θα απουσιάζουν. Οι λωρίδες που λείπουν στο μοτίβο πηκτής προσδιορίζουν τη θέση σύνδεσης στο DNA. (Από τη σ. 705 στη ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ 3η έκδοση, του Lubert Stryer. Πνευματικά δικαιώματα & αντίγραφο 1975, 1981, 1988 του Lubert Stryer. Ανατυπώθηκε με άδεια από τον W.H. Freeman and Company.)

αποδεικνύεται, "επεσήμανε ο Struhl," οι βασικοί κανόνες για το πώς λειτουργεί η μεταγραφή είναι πραγματικά βασικά οι ίδιοι στη μαγιά και στους ανθρώπους και σε όλα τα ευκαρυωτικά είδη ".

Μια γενετική προσέγγιση που οι ερευνητές χρησιμοποίησαν στη μαγιά για να προσπαθήσουν να εντοπίσουν μερικές από τις βασικές πρωτεΐνες που εμπλέκονται στη μεταγραφή περιλαμβάνει την απομόνωση μεταλλαγμένων των οποίων οι ιδιότητες διαφέρουν σε κάποιο βαθμό από αυτές του φυσιολογικού οργανισμού. «Στα κύτταρα ζυμομύκητα», εξήγησε, «μπορεί κανείς εύκολα να απομονώσει μεταλλάγματα που αναπτύσσονται ή δεν αναπτύσσονται υπό συγκεκριμένες συνθήκες ... Ο στόχος είναι να προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε τη βιολογία κάποιας συγκεκριμένης διαδικασίας, για παράδειγμα, την απάντηση ενός κυττάρου στην πείνα συνθήκες », με τον εντοπισμό μεταλλαγμένων που δεν εμφανίζουν κάποιο συγκεκριμένο στήριγμα

και στη συνέχεια πειραματικά ελέγχοντας αν η απουσία ενός «φυσιολογικού» ή μη μεταλλαγμένου γονιδίου οφείλεται στην απουσία αυτής της ιδιότητας στο κύτταρο. «Η βασική ιδέα», συνέχισε, «είναι πρώτα να δούμε τη λειτουργία ενός οργανισμού και να εντοπίσουμε μια παραλλαγή που δεν μπορεί να την εκτελέσει. Η απόκτηση μιας συνάρτησης και ενός μεταλλαγμένου είναι το πρώτο βήμα για να ανακαλύψετε ποιο γονίδιο εμπλέκεται πραγματικά στη ρύθμιση της ιδιότητας που μελετάται και στη συνέχεια στην εκμάθηση των παραγόντων μεταγραφής που ρυθμίζουν την έκφραση του γονιδίου ».

Μια άλλη μέθοδος, η αντικατάσταση γονιδίου, περιγράφηκε από τον Struhl ως μια «πολύ ισχυρή τεχνική για τον εντοπισμό όλων των διαφορετικών τμημάτων του γονιδίου και του τι κάνει». Εξήγησε: "Για να το πούμε με απλά λόγια, η διαδικασία είναι ανάλογη με την είσοδο σε ένα χρωμόσωμα με ψαλίδι, την αποκοπή ενός γονιδίου και στη συνέχεια την αντικατάστασή του με ένα που έχει δημιουργήσει ο ερευνητής σε δοκιμαστικό σωλήνα". Το αποτέλεσμα είναι "ένα πραγματικό, άθικτο κύτταρο ... που μπορεί να αναλυθεί για να μάθει ποιο είναι το αποτέλεσμα αυτού του γονιδίου".

Μια τρίτη τεχνική, που αναπτύχθηκε στο εργαστήριο του Struhl και τώρα χρησιμοποιείται ευρέως στη μελέτη της μεταγραφής, είναι αυτή που αποκαλούσε αντίστροφη βιοχημεία. Ο ερευνητής ουσιαστικά πραγματοποιεί σε έναν δοκιμαστικό σωλήνα αυτό που συνήθως συμβαίνει σε ένα κύτταρο.Ο Struhl επεσήμανε ότι "μπορεί κανείς πραγματικά να πάρει το DNA σε ένα γονίδιο, να χρησιμοποιήσει τα κατάλληλα ένζυμα για να συνθέσει το RNA και την πρωτεΐνη [που κωδικοποιεί] σε έναν δοκιμαστικό σωλήνα, ... και στη συνέχεια να δοκιμάσει για να δει τι ακριβώς κάνει η πρωτεΐνη". Ένα πλεονέκτημα είναι ότι οι διαδικασίες καθαρισμού που απαιτούνται για εργασία με μη συντιθέμενες πρωτεΐνες μπορούν να παρακαμφθούν. Επιπλέον, μια πρωτεΐνη που συντίθεται σε δοκιμαστικό σωλήνα μπορεί επίσης να υποβληθεί σε επεξεργασία με ραδιενεργή ετικέτα, η οποία με τη σειρά της επιτρέπει πολλά ενδιαφέροντα σχετικά πειράματα.

Μια τελευταία τεχνική που αναφέρθηκε από τον Struhl χρησιμοποιείται για να υπολογίσει πόσες πληροφορίες υπάρχουν σε μια συγκεκριμένη γενετική λειτουργία ή, πιο συγκεκριμένα, πόσο DNA αναγνωρίζει μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη που δεσμεύει το DNA" και τι πραγματικά αναγνωρίζεται. συντίθεται έτσι ώστε τα 23 ζεύγη βάσεων να είναι σε μια εντελώς τυχαία αλληλουχία. Επειδή το DNA μπορεί να απομονωθεί μόνο σε μικρές ποσότητες, "κάθε μόριο [έτσι συντίθεται] είναι ένα διαφορετικό μόριο ως προς την αλληλουχία του", εξήγησε ο Struhl. Ένα DNA- Η δεσμευτική πρωτεΐνη, GCN4, τοποθετείται σε μια στήλη και το εντελώς τυχαίο μίγμα ακολουθιών περνά στη συνέχεια από τη στήλη. Διαχωρίζοντας αυτό που δεσμεύεται από το GCN4 από αυτό που δεν είναι δεσμευμένο και στη συνέχεια ακολουθώντας το αποτέλεσμα "δίνει μια στατιστικά έγκυρη περιγραφή του τι η πρωτεΐνη στην πραγματικότητα αναγνωρίζει", είπε ο Struhl. Στην περίπτωση του GCN4, αυτό που αναγνωρίζει η πρωτεΐνη είναι το στατιστικό ισοδύναμο 8 1/2 ζευγών βάσεων αξίας πληροφοριών. "Το σημαντικό σημείο", συνόψισε ο Struhl, "είναι ότι αυτό το τυχαίο Η προσέγγιση επιλογής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πολλά άλλα πράγματα εκτός από τη απλή δέσμευση DNA. Το Το Το Εάν [για παράδειγμα] βάλετε αυτό το τυχαίο τμήμα του

DNA στη μέση του αγαπημένου σας γονιδίου. Το Το μπορείτε να κάνετε κάθε είδους ερωτήσεις σχετικά με το πόση ειδικότητα, όσον αφορά τα νουκλεϊκά οξέα, απαιτείται για να πραγματοποιηθεί μια συγκεκριμένη λειτουργία που σας ενδιαφέρει."

Ενεργοποίηση&mdashΈνας άλλος ρόλος των παραγόντων μεταγραφής

Ο Tjian υπενθύμισε στο κοινό του συμποσίου ότι "οι μεταγραφικοί παράγοντες πρέπει να κάνουν περισσότερα από το να δεσμεύουν το DNA. Μόλις συνδεθούν στο σωστό μέρος του γονιδιώματος, πρέπει να προγραμματίσουν την πολυμεράση RNA και τις μεταγραφικές βοηθητικές πρωτεΐνες για να ξεκινήσουν στη συνέχεια σύνθεση RNA". Επιπλέον, με εξαιρετική χρονική φινέτσα. Τα πειράματα δείχνουν ότι ένα εντελώς διαφορετικό μέρος, όπως το θέτει ο Tjian, «το άλλο μισό» της πρωτεΐνης του παράγοντα μεταγραφής, το κάνει αυτό, πιθανώς με άμεση αλληλεπίδραση πρωτεΐνης προς πρωτεΐνη, ενεργοποιώντας τη ρύθμιση ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση, προς τα πάνω ή προς τα κάτω. Μια ισχυρή εικόνα από αυτές τις μελέτες είναι ότι οι πρωτεΐνες μεταγραφικού παράγοντα φαίνεται να αποτελούνται από τουλάχιστον δύο μονάδες, μία για σύνδεση και μία για ενεργοποίηση. Η αρθρωτή έννοια έχει αποδειχθεί πειραματικά τόσο για τη δομή όσο και για τη λειτουργία. Οι μοριακοί βιολόγοι κατάφεραν να δημιουργήσουν υβριδικές πρωτεΐνες, αναμιγνύοντας την περιοχή δέσμευσης από ένα γονίδιο με την περιοχή ενεργοποίησης από ένα άλλο. Ευτυχώς, έχουν επίσης εντοπιστεί υπογραφές που συχνά υποδεικνύουν την παρουσία και τη θέση αυτών των τομέων ενεργοποίησης. Μια τέτοια υπογραφή είναι μια ιδιαίτερα υψηλή συγκέντρωση σε μια ορισμένη πρωτεΐνη του αμινοξέος γλουταμίνη, και μια άλλη είναι μια παρόμοια ομάδα μορίων προλίνης. Παρόλο που δεν γνωρίζουν πώς αυτή η συγκέντρωση μπορεί πραγματικά να ενεργοποιήσει τη διαδικασία μεταγραφής, οι γενετιστές έχουν κάποια σιγουριά ότι η υπογραφή κωδικοποιεί για τον τομέα ενεργοποίησης της μεταγραφικής πρωτεΐνης.

Η συσσωρευμένη αξία αυτών των ανακαλύψεων αρχίζει να υποδηλώνει το σχήμα από το έδαφος. Και παρόλο που η βιολογία δεν έχει ακόμη ένα καλό μοντέλο για το πώς οι παράγοντες μεταγραφής κάνουν όλη τη δουλειά τους, ένας κατάλογος υπογραφών είναι ζωτικής σημασίας για ένα τέτοιο μοντέλο. Ένας τέτοιος κατάλογος "σας λέει δύο πράγματα", είπε ο Tjian, "πρώτον, ότι δεν χρησιμοποιούν όλοι οι δεσμευτικοί τομείς [ή/και ενεργοποίησης] την ίδια αρχιτεκτονική, και δεύτερον, ότι υπάρχει τεράστια προγνωστική αξία στον εντοπισμό αυτών των υπογραφών, γιατί μπορείτε τότε πες με σιγουριά αν ένα νέο γονίδιο που ίσως μόλις ανακάλυψες κάνει ένα από αυτά τα πράγματα και με ποιο μοτίβο ».

Αυτές οι μελέτες τομέα δέσμευσης και ενεργοποίησης υποδηλώνουν επίσης ένα άλλο χαρακτηριστικό των παραγόντων μεταγραφής που ο Tjian ανέφερε ως τοπολογία. Παρόλο που αυτές οι αλυσίδες πολυπεπτιδίων μπορεί να έχουν εκατοντάδες μόρια σε μήκος και δημιουργούνται σε γραμμική πρόοδο, η ίδια η αλυσίδα δεν παραμένει στριμωγμένη. Μάλλον τείνει να συσπειρωθεί σε περίπλοκο αλλά

χαρακτηριστικούς τρόπους, με ορισμένους ασθενείς χημικούς δεσμούς που σχηματίζουν ολόκληρη την σύνθετη πρωτεΐνη σε ένα συγκεκριμένο σχήμα. Όταν αυτή η πολυπλοκότητα του σχήματος επιβάλλεται στο πρότυπο DNA, το πείραμα δείχνει ότι μια δεδομένη πρωτεΐνη & mdash με μια κατά πάσα πιθανότητα ειδική ρυθμιστική λειτουργία & mdashmay μπορεί να έρθει σε επαφή με άλλες πρωτεΐνες που βρίσκονται σε διάφορα μέρη εκατοντάδες ή χιλιάδες βάσεις μεταξύ τους. Όπως είπε ο Tjian, "Οι συγκεκριμένοι παράγοντες μεταγραφής δεν ευθυγραμμίζονται μόνο σε ένα σύμπλεγμα κοντά στην τοποθεσία έναρξης, αλλά μπορούν να διασκορπιστούν παντού." Τα κάπως εκπληκτικά αποτελέσματα τέτοιων τοπογραφικών μελετών υποδηλώνουν ότι τα μόρια με κάποιο τρόπο επικοινωνούν και ασκούν «δράση από απόσταση», είπε, προσθέτοντας ότι τα αποτελέσματά τους είναι συνεργιστικά. Δηλαδή, μόρια σε μια εγγύς θέση προκαλούν ένα συγκεκριμένο αποτέλεσμα, αλλά όταν έρχονται σε επαφή άλλα απομακρυσμένα μόρια που αποτελούν μέρος του ίδιου ή σχετικού συμπλόκου παράγοντα μεταγραφής, η δραστηριότητα στην εγγύς θέση ενισχύεται. Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο και η μικροσκοπία σάρωσης επιβεβαιώνουν αυτές τις χωρικά πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις, οι συνέπειες των οποίων φαίνεται να υποδηλώνουν μια γόνιμη περιοχή έρευνας στη συνολική διαδικασία της μεταγραφής. Όπως τόνισε ο Tjian, "Αυτό σας δίνει τεράστια ευελιξία στη δημιουργία μιας πολύ μεγαλύτερης συνδυαστικής σειράς ρυθμιστικών στοιχείων, τα οποία μπορούν να τροφοδοτηθούν σε μια ενιαία μονάδα μεταγραφής. Μπορείτε να αρχίσετε να εκτιμάτε την πολυπλοκότητα και, επίσης, την ομορφιά αυτού του παράγοντα μεταγραφής ρυθμιστικό σύστημα».

Παρά την πολυπλοκότητα και τις συνεχείς υπενθυμίσεις για όσα δεν γνωρίζουν, οι γενετιστές έχουν θεσπίσει μερικούς βασικούς κανόνες που φαίνεται να διέπουν την ενεργοποίηση της μεταγραφής. Μια σειρά από εξαιρετικά ενεργά και ανθεκτικά ανθρώπινα κύτταρα που ονομάζονται κύτταρα He-La έχουν αποδειχθεί πολύ χειρίσιμα in vitro και υποδεικνύουν ότι σε όλα τα γεγονότα μεταγραφής, πρέπει πρώτα να δημιουργηθεί ένα "βασικό σύμπλεγμα". Πολλά γονίδια φαίνεται να παρουσιάζουν ένα λεγόμενο πλαίσιο TATA (υποδεικνύοντας τις συγκεκριμένες βάσεις) για να ξεκινήσει η διαδικασία σύνδεσης. Η πρωτεΐνη που δεσμεύει το κουτί TATA κατεβαίνει πρώτα στο γονίδιο, και στη συνέχεια έρχεται ένα άλλο συγκεκριμένο μόριο, και στη συνέχεια ένα άλλο, σε μια χαρακτηριστική ακολουθία, έως ότου συναρμολογηθεί αυτό που ο Tjian αποκάλεσε "βασικό μηχανισμό" ή βασικό σύμπλεγμα. Από αυτό το σημείο και μετά στη διαδικασία μεταγραφής, κάθε γονίδιο έχει πιθανώς ένα συγκεκριμένο και μοναδικό σενάριο για την προσέλκυση συγκεκριμένων πρωτεϊνών και παραγόντων μεταγραφής, αλλά θα έχει ήδη κατασκευάσει το γενικό, βασικό σύμπλεγμα για να αλληλεπιδρά χημικά μαζί τους (Εικόνα 5.6).

Ο παράγοντας μεταγραφής στην ανάπτυξη

Μέχρι στιγμής, τα περισσότερα από τα πειράματα που περιγράφονται βασίζονται στη βασική χημεία της μεταγραφής για να υποδείξουν πώς μπορεί να λειτουργήσει. Η μεταλλαγμένη στρατηγική του Arnold Berk, ωστόσο, υποδηλώνει ότι ένα άλλο σημάδι της επίδρασης του

Εικόνα 5.6 Μοντέλα συνενέργειας και σύνδεσης για ενεργοποίηση μεταγραφής από Sp1. (Α) Ένα μοντέλο για μεταφ-ενεργοποίηση μέσω συνενεργοποιητών. Αυτό το μοντέλο προτείνει συγκεκριμένους συνενεργοποιητές (stippled) να λειτουργούν ως προσαρμογείς, με τον καθένα να χρησιμεύει για τη σύνδεση διαφορετικών μεταφ-ενεργοποίηση τομέων στο γενικό σύμπλεγμα έναρξης, πιθανώς στην πρωτεΐνη δέσμευσης TATA TFIID. Αυτοί οι συνενεργοποιητές δεν είναι κανένας από τους βασικούς παράγοντες έναρξης (THIIA-THIIF), οι οποίοι σε αυτό το διάγραμμα είναι ομαδοποιημένοι. Ο συν -ενεργοποιητής μπορεί να είναι υπομονάδες μεγαλύτερου συμπλόκου που περιλαμβάνει την πρωτεΐνη δέσμευσης TATA. Αν και δεν απεικονίζεται από αυτό το μοντέλο, ο υποτιθέμενος στόχος TFIID μπορεί να έχει πολλές επιφάνειες για να φιλοξενήσει συνενεργοποιητές από μια σειρά μεταφ-ενεργοποιητές. (Β) Μοντέλο σύνδεσης για ενεργοποίηση Sp1 προτύπων χωρίς TATA. Στους προαγωγείς χωρίς TATA, το Sp1 απαιτεί μια νέα δραστηριότητα πρόσδεσης (εμφανίζεται με μαύρο χρώμα) διαφορετική από τους συνενεργοποιητές (με ραβδώσεις) για την πρόσληψη των βασικών παραγόντων έναρξης. Αυτό το μοντέλο δείχνει ότι ο παράγοντας πρόσδεσης αλληλεπιδρά με τον παράγοντα δέσμευσης TATA TFIID, καθώς η λειτουργία του αντικαθιστά το πλαίσιο TATA και εκκαθαρίζεται με το TFIID. Ωστόσο, η δραστηριότητα πρόσδεσης θα μπορούσε να είναι η αλληλεπίδραση με άλλα συστατικά του βασικού συμπλόκου μεταγραφής και η παράκαμψη της ανάγκης για την πρωτεΐνη TFIID. (Ανατυπώθηκε με άδεια από τους Pugh and Tjian, 1990, σελ. 1194. Πνευματικά δικαιώματα & αντίγραφο 1990 από Cell Press.)

Οι παράγοντες μεταγραφής είναι η επιτυχία ή η αποτυχία τους, όπως υποδεικνύεται από τα γονίδια που συνήθως επηρεάζουν. Αυτά τα γονίδια συχνά κωδικοποιούν χαρακτηριστικά που είναι ξεκάθαρα εμφανή στο υπό εξέταση είδος και εάν μπορεί να αναπτυχθεί ένα μετάλλαγμα που τουλάχιστον επιβιώνει αρκετά για να αναλυθεί, μπορούν να αναπτυχθούν σημαντικά συμπεράσματα σχετικά με τη μεταγραφή. Αρκετοί από τους επιστήμονες της περιόδου περιέγραψαν πώς η γενετική χρησιμοποιεί δημιουργικά την τεχνολογία ανασυνδυασμένου DNA για να αλλάξει και να μελετήσει την έκφραση γονιδίων στο έμβρυο και τον αναπτυσσόμενο οργανισμό.

Οι παράγοντες μεταγραφής είναι πρωτεΐνες που τείνουν να επηρεάζουν την έκφραση γονιδίων στο στάδιο του mRNA. Όμως, δεδομένου ότι οι οργανισμοί και ακόμη και σε κυτταρικό επίπεδο αναπτύσσονται και εξελίσσονται δυναμικά σε μια διαδικασία που περιλαμβάνει το περιβάλλον τους, οι γενετιστές εξετάζουν επίσης το φακό της αναπτυξιακής εμβρυολογίας για να δουν εάν παράγοντες μεταγραφής μπορεί να εμπλέκονται σε αλληλεπιδράσεις εκτός από αυτούς που βρίσκονται μέσα στο κύτταρο. πυρήνας.

Η Ruth Lehmann εξέτασε το ερώτημα "πώς φτάνουμε από ένα κύτταρο σε έναν οργανισμό" και αποκάλυψε στο συμπόσιο μερικές από τις ευρείες περιγραφές του τρόπου με τον οποίο τα γονίδια μπορούν να ενεργοποιηθούν και να απενεργοποιηθούν καθώς ο οργανισμός αναπτύσσεται στο έμβρυο και μετά τη γέννηση. Αυτή και οι συνάδελφοί της μελετούν τη μύγα Δροσόφιλα, ένα άλλο αγαπημένο είδος για γενετικούς πειραματιστές. Αυτό το είδος προσφέρεται εύκολα για πειραματισμούς επειδή έχει έναν διαχειρίσιμο αριθμό αρκετά διακριτών χαρακτηριστικών και είναι πολύ ανθεκτικό στο να επιβιώσει και να εκδηλώσει μερικές μάλλον ακραίες μεταλλάξεις. "Η πολυπλοκότητα της μορφολογίας των προνυμφών είναι σε εντυπωσιακή αντίθεση με την σχεδόν ομοιογενή εμφάνιση του κυττάρου αυγού", επεσήμανε ο Lehmann. Μετά τη γέννηση, τα τμήματα από το πρόσθιο στο οπίσθιο & mdashhead, θώρακα και κοιλιά & mdashare διακρίνονται.

Η Lehmann και οι συνεργάτες της ρώτησαν πώς το αδιαφοροποίητο γονιμοποιημένο ωάριο χρησιμοποιεί τις γενετικές του πληροφορίες για να δημιουργήσει ένα τμηματοποιημένο ζώο. Οι διακριτοί παράγοντες για την ανάπτυξη κάθε τμήματος του σώματος προεντοπίζονται σε συγκεκριμένες περιοχές του αυγού κατά τη διάρκεια της ωογένεσης ή ένας μεμονωμένος παράγοντας, ο οποίος υπάρχει σε διαφορετικές συγκεντρώσεις σε όλο το ωάριο, είναι υπεύθυνος για την καθιέρωση του σχήματος του σώματος;

Τρυπώντας το ωάριο και αφαιρώντας το κυτταρόπλασμα από διάφορες περιοχές του ωαρίου, ο Lehmann έδειξε ότι δύο παράγοντες, ένας εντοπισμένος στο πρόσθιο και ένας συγκεντρωμένος στον οπίσθιο πόλο του ωαρίου, καθορίζουν το μοτίβο του σώματος στις περιοχές κεφαλής-θώρακα και κοιλίας, αντίστοιχα. Αυτοί οι παράγοντες εναποτίθενται στο ωάριο από τη μητέρα κατά τη διάρκεια της ωογένεσης. Τα γονίδια που κωδικοποιούν αυτά τα εντοπισμένα σήματα αναγνωρίστηκαν με βάση τους μεταλλαγμένους φαινοτύπους τους. Για παράδειγμα, τα θηλυκά που αποτυγχάνουν να εναποθέσουν τον πρόσθιο παράγοντα στο ωάριο παράγουν έμβρυα που δεν μπορούν να αναπτύξουν κεφάλι και θώρακα. Έτσι, το μοτίβο του σώματος καθορίζεται από διακριτούς παράγοντες που γίνονται κατανεμημένοι

σε κλίση συγκέντρωσης από το σημείο αρχικής εντοπισμού τους, και αυτοί οι παράγοντες δρουν σε απόσταση.

Ένας από αυτούς τους παράγοντες, το «δικοειδές», που απαιτείται για την ανάπτυξη της κεφαλής και του θώρακα, έχει μελετηθεί με τη μεγαλύτερη λεπτομέρεια στο εργαστήριο της Christiane Nusslein-Volhard στο Max-Planck-Institut στο Tübingen της Γερμανίας. Κατά τη διάρκεια της ωογένεσης, το διχοειδές RNA συντίθεται από τη μητέρα και εντοπίζεται στενά στον πρόσθιο πόλο του ωαρίου. Το πρωτεϊνικό προϊόν του δικοειδούς RNA, ωστόσο, βρίσκεται σε μια βαθμίδα συγκέντρωσης που προέρχεται από τον πρόσθιο πόλο και εκτείνεται στα δύο τρίτα του εμβρύου. Η δικιοειδής πρωτεΐνη κωδικοποιεί έναν μεταγραφικό παράγοντα που ενεργοποιεί πολλά εμβρυϊκά γονίδια-στόχους με εξαρτώμενο από τη συγκέντρωση κύτταρα στο πρόσθιο μέρος του εμβρύου, τα οποία λαμβάνουν υψηλό επίπεδο διχοειδούς, εκφράζουν ένα διαφορετικό σύνολο γονιδίων από ό, τι τα πιο πίσω κύτταρα, τα οποία λαμβάνουν χαμηλότερα επίπεδα δικοειδούς.

Οι διάφορες μελέτες για τα μητρικά γονίδια στο Δροσόφιλα δείχνουν ότι δεν απαιτούνται περισσότερα από τρία μητρικά σήματα για τον καθορισμό του σχεδίου κατά μήκος του διαμήκους άξονα και ότι ένας παράγοντας είναι απαραίτητος για την καθιέρωση του ραδιοκεντρικού μοτίβου. Έτσι απαιτείται ένας μικρός αριθμός σημάτων για να γίνει ο σχηματισμός μοτίβου. Η πολυπλοκότητα του συστήματος αυξάνεται στη συνέχεια καθώς κάθε σήμα ενεργοποιεί ένα ξεχωριστό μονοπάτι που περιλαμβάνει πολλά στοιχεία. Αν και είναι γνωστό ότι πολλά από αυτά τα συστατικά είναι παράγοντες μεταγραφής, δεν είναι σαφές πώς αυτοί οι διαφορετικοί παράγοντες λειτουργούν σε συνεννόηση για να ενορχηστρώσουν το τελικό μοτίβο.

Ο ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΓΙΑ ΤΟΝ ΚΑΡΚΙΝΟ ΑΝΑΠΤΥΞΕΝΕΤΑΙ;

Ο Hanahan υπενθύμισε στους επιστήμονες του συμποσίου ότι "οι οργανισμοί των θηλαστικών αποτελούνται από ένα ποικίλο σύνολο αλληλεπιδρώντων κυττάρων και οργάνων". Όπως ο Lehmann, ενδιαφέρεται να συνδέσει την γονιδιακή έκφραση με τον τρόπο ανάπτυξης και λειτουργίας του οργανισμού. «Συχνά», είπε, «οι ιδιότητες των μεμονωμένων κυτταρικών συστημάτων είναι ορατές μόνο με τη μελέτη των διαταραχών στις λειτουργίες τους, είτε φυσικές είτε επαγόμενες. Εξερευνά ανώμαλη ανάπτυξη και ασθένειες, κυρίως καρκίνο, χρησιμοποιώντας διαγονιδιακά ποντίκια που μεταφέρουν στους νεογέννητους απογόνους ένα αλλοιωμένο κομμάτι DNA που δημιουργήθηκε ειδικά από τον γενετικό επιστήμονα in vitro. Η επόμενη γενιά ζώων μπορεί στη συνέχεια να μελετηθεί καθώς η γενετική έκφραση του αλλοιωμένου DNA εμφανίζεται με την πάροδο του χρόνου κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης & mdashboth στην εμβρυογένεση και καθώς το ζώο ωριμάζει. «Τα διαγονιδιακά ποντίκια αντιπροσωπεύουν μια νέα μορφή ανάλυσης διαταραχών», είπε ο Hanahan, «όπου η επιλεκτική έκφραση νέων ή αλλαγμένων γονιδίων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να διαταραχθεί πολύπλοκα συστήματα με τρόπους που είναι ενημερωτικοί για την ανάπτυξή τους, τις λειτουργίες τους και τις δυσλειτουργίες τους». '

Η διαδικασία χρησιμοποιεί για άλλη μια φορά τον διμερή χαρακτήρα των γονιδίων που συζητήθηκαν ήδη, δηλαδή ότι "τα γονίδια αποτελούνται από δύο τομείς: ένα για πληροφορίες γονιδιακής ρύθμισης και ένα για πληροφορίες κωδικοποίησης πρωτεϊνών". Ο Hanahan προετοιμάζει πρώτα το κατασκευασμένο γονίδιο του, γνωστό ως υβρίδιο. Ο γονιδιακός ρυθμιστικός τομέας που σχεδιάζει όπως θα συνέβαινε σε ένα κανονικό ποντίκι, αλλά ο τομέας κωδικοποίησης πρωτεΐνης παίρνει από ένα ογκογονίδιο, που ονομάζεται επειδή είναι γνωστό ότι προκαλεί καρκίνο. Στη συνέχεια, αφαιρεί τα γονιμοποιημένα ωάρια από ένα κανονικό ποντίκι, εισάγει το υβριδικό του γονίδιο με μια πολύ λεπτή τριχοειδική πιπέτα και στη συνέχεια επαναεμφυτεύει αυτό το έμβρυο που έχει εγχυθεί πίσω σε μια ανάδοχη μητέρα που συνεχίζει να γεννά αυτό που ορίζεται ως διαγονιδιακό ποντίκι, δηλαδή , ένα που φέρει ένα τεχνητά δημιουργημένο γονίδιο. Όταν το διαγονιδιακό ποντίκι ζευγαρώνει με ένα κανονικό ποντίκι, περίπου τα μισά από τα ποντίκια δεύτερης γενιάς κληρονομούν ένα σύνολο DNA που περιλαμβάνει τώρα αυτό το νέο γονίδιο, το οποίο εξακολουθεί να αναγνωρίζεται από τις ρυθμιστικές του πληροφορίες ως φυσιολογικό γονίδιο, αλλά του οποίου οι πρωτεϊνικές οδηγίες κωδικοποιούν για την ανάπτυξη καρκίνου. Όπως είπε ο Hanahan, "Οι μισοί απόγονοι αυτού του ζευγαρώματος φέρουν το υβριδικό ογκογόνο. Ο καθένας από αυτούς πεθαίνει από όγκους. Οι κανονικοί αδελφοί και οι αδελφές τους ζουν κανονική ζωή".

Πέρα από την απόδειξη ότι τα ογκογονίδια είναι κληρονομικά και ότι μόνο το τμήμα κωδικοποίησης πρωτεΐνης είναι απαραίτητο για να προκαλέσει καρκίνο στους απογόνους, ο Hanahan βρήκε κάποια άλλα υποδεικτικά μοτίβα. Πρώτον, αν και ένα ποντίκι που έχει προσβληθεί έχει αυτό το θανατηφόρο ογκογόνο σε όλο το DNA του και έτσι σε κάθε κύτταρο του σώματός του, μόνο μερικά από τα κύτταρα αναπτύσσουν όγκους. Δεύτερον, οι όγκοι που αναπτύσσονται προκύπτουν σε απρόβλεπτες στιγμές κατά τη διάρκεια της ζωής του ποντικού. «Από αυτό συμπεραίνουμε ότι υπάρχουν άλλα, περιοριστικά του ρυθμού γεγονότα στους όγκους», και ότι η απλή κατοχή του γονιδίου δεν προβλέπει εάν και ειδικά πότε ένα κύτταρο θα εξελιχθεί σε όγκο, τόνισε ο Hanahan. Όλα τα κύτταρα πρέπει να ταξινομηθούν ως μη φυσιολογικά, αλλά φαίνεται να υφίστανται αυτό που ανέφερε ως ένα είδος δυναμικής εξέλιξης καθώς ο οργανισμός γερνά. Έχει δει αυτό το φαινόμενο σε πολλά διαφορετικά περιβάλλοντα. Για παράδειγμα, ακόμα κι αν και οι 10 μαστικοί αδένες ενός διαγονιδιακού ποντικού εκφράζουν ένα ογκογονίδιο, τα ποντίκια απόγονοι αναπόφευκτα και με δυνατότητα αναπαραγωγής αναπτύσσουν μόνο έναν όγκο, κατά μέσο όρο.

Με έναν προαγωγέα γονιδίου ινσουλίνης, παρατήρησε το "γονίδιο του καρκίνου" που εκφράζεται σε όλα τα κύτταρα που παράγουν ινσουλίνη στα νησίδια του παγκρέατος στις 3 εβδομάδες, αλλά μόνο οι μισές από αυτές τις νησίδες αρχίζουν τον μη φυσιολογικό πολλαπλασιασμό 4 εβδομάδες αργότερα. Στις 9 εβδομάδες, ένα άλλο φαινόμενο φαίνεται ότι ο Hanahan μπορεί να είναι κάτι παραπάνω από τυχαίο, δηλαδή μια αυξημένη ικανότητα να προκαλεί την ανάπτυξη νέων αιμοφόρων αγγείων, που ονομάζεται αγγειογένεση. Από τα 400 νησιά κυττάρων που εκφράζουν το ογκογονίδιο, τα μισά εμφανίζουν ανώμαλο κυτταρικό πολλαπλασιασμό, ωστόσο το ποσοστό των πλήρους όγκων είναι μόνο περίπου 2 τοις εκατό. Πριν από τη μορφή συμπαγούς όγκου-

Ωστόσο, μερικά τοις εκατό των μη φυσιολογικών νησίδων επιδεικνύουν την ικανότητα να προκαλούν τον πολλαπλασιασμό νέων αιμοφόρων αγγείων. Έτσι, τα γονίδια που ελέγχουν την αγγειογένεση γίνονται ισχυροί ύποπτοι για έναν από τους άλλους παράγοντες που περιορίζουν το ρυθμό που ελέγχουν την ανάπτυξη του καρκίνου. Ο Hanahan είπε ότι αυτά τα ευρήματα είναι "σύμφωνα με αυτό που υποπτευόμασταν από τις μελέτες ανθρώπινων καρκίνων: ενώ τα ογκογονίδια προκαλούν σαφώς συνεχή κυτταρικό πολλαπλασιασμό, τα μη φυσιολογικά πολλαπλασιαστικά οζίδια είναι πολυάριθμα από τους όγκους και προηγούνται χρονικά. Υπάρχουν ενδείξεις ότι η πρόκληση η ανάπτυξη νέων αιμοφόρων αγγείων είναι ίσως ένα συστατικό αυτής της τελευταίας διαδικασίας με αποτέλεσμα έναν κακοήθη όγκο ». Αλλά η αγγειογένεση είναι πιθανότατα μόνο ένα από τα τουλάχιστον δευτερογενή συμβάντα που περιορίζουν το ρυθμό.

Η θεωρία της δυναμικής εξέλιξης συνεπάγεται επομένως την προϋπόθεση ότι τα κύτταρα αποκτούν διαφορικές ανώμαλες ικανότητες καθώς ωριμάζουν. Αυτές οι διαφορές θα μπορούσαν να προέρχονται από άλλες πληροφορίες που κωδικοποιούνται από το DNA σε διαφορετικά γονίδια συνολικά, αλλά όχι έως ότου το υβριδικό ογκογονίδιο εισαχθεί για να ξεκινήσει η διαδικασία και το σύστημα εξελιχθεί καρκινικά. Άλλα ύποπτα χαρακτηριστικά, όπως η ικανότητα πρόκλησης ανάπτυξης αιμοφόρων αγγείων, πιθανώς σχετίζονται με δυναμικά φαινόμενα των κυττάρων σε φυσιολογική ανάπτυξη ή στη δράση τους. Ορισμένα καρκινικά κύτταρα φαίνονται ικανά να αγνοήσουν και να ποδοπατήσουν τους γείτονές τους, ενώ άλλα φαίνεται να είναι σε θέση να υπονομεύσουν ενεργά τα παρακείμενα και κοντινά τους κύτταρα σε αποκλίνουσα συμπεριφορά. Ορισμένα καρκινικά κύτταρα παρουσιάζουν τάση να μεταναστεύουν πιο εύκολα. Ο Hanahan και οι συνεργάτες του εξετάζουν αυτά τα φαινόμενα και πώς μπορούν να εκφραστούν. "Μπορούμε να τα αποδείξουμε γενετικά;" ρώτησε και συνέχισε προτείνοντας ότι από τέτοιες μελέτες οι επιστήμονες ελπίζουν να αντλήσουν εφαρμογές θεραπείας του καρκίνου σε ανθρώπους. Αν και εξαιρετικά ενδεικτικά, οι συνέπειες δεν είναι ακόμη σαφείς. Ο καρκίνος είναι μια ασθένεια της ανεξέλεγκτης κυτταρικής ανάπτυξης. Πολλοί από τους παράγοντες μεταγραφής έχουν ρόλο στη ρύθμιση της παραγωγής πρωτεϊνών. Πολλοί από αυτούς τους ίδιους παράγοντες μεταγραφής μπορούν να λειτουργήσουν ως ογκογονίδια. Έτσι, ένα κλειδί για το ξεκλείδωμα των μυστηρίων του καρκίνου θα μπορούσε να είναι η κατανόηση με μεγαλύτερη λεπτομέρεια πώς οι παράγοντες μεταγραφής επηρεάζουν πραγματικά τον ρυθμό παραγωγής πρωτεΐνης.

Οι ογκογονιδιακές μελέτες παρέχουν ένα ακόμη ενδιαφέρον και υποβλητικό εύρημα. Ο Tjian μας υπενθυμίζει ότι μια από τις σημαντικές λειτουργίες των γονιδίων είναι να παρέχουν πληροφορίες για να ανταποκρίνονται σε πόσο οικολογικές κρίσεις για το κύτταρο.Τα περισσότερα κύτταρα είναι εξοπλισμένα με υποδοχείς του ενός ή του άλλου είδους στη μεμβράνη τους. Όταν κάποιο χημικό ή άλλο φυσικό ερέθισμα φτάνει σε έναν επιλεγμένο υποδοχέα, ξεκινά μια αλυσιδωτή αντίδραση στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου προκειμένου να περάσει το μήνυμα στον πυρήνα, υποτίθεται ότι συμβουλεύεται το γενικό σχέδιο DNA (με μια διαδικασία τόσο μυστηριώδη όσο και κερδοσκοπική ) για αντίδραση. Οι διαδρομές μέσω του κυτταροπλάσματος ονομάζονται διαδρομές μεταγωγής και αποδεικνύεται ότι πολλοί από τους παράγοντες μεταγραφής του Tjian και άλλων

η μελέτη χρησιμεύει για να σηματοδοτήσει αυτά τα μονοπάτια. Μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη ονομάζεται AP1, η οποία σε άλλες μελέτες έχει αποκαλυφθεί ως ογκογόνο. Said Tjian: "Οι πυρηνικοί παράγοντες μεταγραφής είναι επίσης πυρηνικά ογκογόνα. Έχουν τη δυνατότητα όταν οι δραστηριότητές τους ή οι λειτουργίες τους διαστρεβλωθούν να προκαλέσουν ανεξέλεγκτη ανάπτυξη και νεοπλασία. Η ανακάλυψη ότι αυτή η οικογένεια ρυθμιστικών πρωτεϊνών είναι στην πραγματικότητα ένα ογκογόνο, βοήθησε σημαντικά η ανάλυση η πρωτεΐνη ζύμης GCN4 που ήταν σε μεγάλο βαθμό έργο του Kevin Struhl και του Jerry Fink ».

ΖΩΗ ΑΥΤΗ

Σε λιγότερες από τέσσερις δεκαετίες, στέκεται στην πλατφόρμα που στήνουν οι Crick και Watson και μια σειρά άλλων, οι γενετικές επιστήμες της μοριακής βιολογίας και βιοχημείας έχουν αναπτύξει τη σημαντικότερη συλλογή ιδεών από τότε που ο Δαρβίνος και ο Wallace προώθησαν τη θεωρία της εξέλιξης. Το να πούμε ότι αυτές οι ιδέες είναι επαναστατικές, είναι προφανές: η επιστήμη βρίσκεται στη διαδικασία να παρουσιάσει στην κοινωνία έναν καθρέφτη που μπορεί να μας πει, πολύ απλά, πώς να οικοδομήσουμε και να επιδιορθώσουμε την ίδια τη ζωή, πώς να προσδιορίσουμε και να αλλάξουμε κάθε μορφή ζωής στο βασικό βιολογικό περιορισμούς. Η τεχνολογία ανασυνδυασμένου DNA υπόσχεται εφαρμογές που θέτουν θεμελιώδη βιοηθικά ερωτήματα. Σε συνδυασμό με τις προόδους που έγιναν στη μοντελοποίηση του εγκεφάλου, αυτές οι εφαρμογές δείχνουν ένα μέλλον όπου η φυσική οργανική ζωή μπορεί μια μέρα να γίνει χημικά δυσδιάκριτη από το τελευταίο μοντέλο της τεχνολογίας.

Αυτό το μέλλον, ωστόσο, δεν είναι παρά μια αστραφτερή, αμφιλεγόμενη πιθανότητα. Οι γενετιστές στο συμπόσιο Frontiers ήταν ενωμένοι στην ταπεινότητά τους πριν από τα εμπόδια που αντιμετωπίζουν. Οι ανακαλύψεις συνεχίζουν να αυξάνονται. Οι αίθουσες της γενετικής, ανέφερε ο Έρικ Λάντερ, είναι το πιο συναρπαστικό μέρος για εργασία και αυτός ο ενθουσιασμός έχει οδηγήσει σε μια ενότητα βιολογικών κλάδων που δεν ήταν εμφανής πριν από μια δεκαετία. Αλλά όπως προειδοποίησε η Ruth Lehmann, η κλωνοποίηση ενός γονιδίου απέχει πολύ από το να καταλάβει πώς λειτουργεί. Είναι αυτό το παζλ, που φαίνεται ιδιαίτερα μέσα από το φακό της μεταγραφής mRNA, πάνω στο οποίο εργάζονται εκείνη και οι συνεργάτες της. Το αν θα παραμείνει ένας λαβύρινθος με ολοένα και πιο λεπτή χαρτογράφηση, αλλά χωρίς τελική λύση, το λέει η ιστορία, αλλά η αναζήτηση είναι από τις πιο συναρπαστικές στη σύγχρονη επιστήμη.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Mitchell, Pamela J. και Robert Tjian. 1989. Μεταγραφική ρύθμιση σε κύτταρα θηλαστικών από πρωτεΐνες δέσμευσης DNA ειδικών για αλληλουχία. Science 245: 371 & ndash378.

Pugh, Franklin B., and Robert Tjian. 1990. Mechanism of transcriptional activation by Spl: Evidence for coactivators. Cell 61:1187&ndash1197.


Αναζήτηση για κωδικόνια έναρξης και παύσης για την αλληλουχία πρωτεϊνών των κολλών

Πρέπει να μετατρέψω τις συστοιχίες στις αντίστοιχες πρωτεϊνικές αλληλουχίες που τους δίνεται ένα γονιδίωμα αναφοράς (δηλαδή πρέπει να πάρω ένα υποσύγχρονο, του οποίου η θέση είναι ήδη γνωστή στη συμβολοσειρά και πρέπει να εντοπίσω τα πλησιέστερα κωδικόνια έναρξης και διακοπής).

Αυτό είναι δύσκολο διότι μερικές φορές η πρώτη θέση του τριπλού κωδικόνιο εντός της περιοχής δεν θα είναι πολλαπλάσιο του τριών και θα μπορούσε να βρίσκεται στην διαγονιδιακή περιοχή (δηλαδή μεταξύ γονιδίων). Ο στόχος είναι ο διαχωρισμός τόσο του κωδικοποιητικού όσο και του μη κωδικοποιητικού DNA.

Θα πρέπει να πάρω expand_contigs = ['ATGAAC', 'ATGAACGAA'] και expand_positions_contigs = [12, 17]. Αυτές είναι οι επαφές που βρίσκονται μέσα στα γονίδια. Για να τα κωδικοποιήσω σε πεπτίδια, πρέπει να επιστρέψω στη συμβολοσειρά μέχρι να βρω το κωδικόνιο έναρξης και να επεκτείνω το αρχικό περιεχόμενο (π.χ. TGAAC -> ATGAAC και GAA -> ATGAACGAA)

Θα πρέπει επίσης να πάρω intergenic_contigs = ['CCAA', 'GGAC'] και intergenic_positions_contigs = [5, 22]. Όταν εκτελείται ο κώδικας που λείπει, ο υπολογιστής αναζητά στα αριστερά της συμβολοσειράς και βρίσκει ένα κωδικόνιο διακοπής (π.χ. TAG) πριν από το κωδικόνιο έναρξης. Έτσι, το contig βρίσκεται ανάμεσα σε δύο γονίδια και τίποτα δεν χρειάζεται να προστεθεί. Αυτά τα διαγονιδιακά contigs αποθηκεύονται απλώς σε μια νέα λίστα.

Εδώ, δεν χρειάζεται να προστεθεί νέος κώδικας. Μετά την εκτέλεση των παραπάνω, prot_contigs = ['MN', 'MNE'].

Το τελευταίο βήμα κώδικα (για το οποίο χρειάζομαι βοήθεια) θα μετατρέψει τα prot_contigs σε new_prot_contigs = ['MN', 'E'].


Τι είναι η Μετάφραση;

Η μετάφραση αναφέρεται στη μετατροπή κάτι από μια γλώσσα ή μορφή σε άλλη. Στη βιολογία, η μετάφραση είναι η διαδικασία κατά την οποία το αγγελιοφόρο ριβονουκλεϊκό οξύ, ή mRNA, συνθέτει πρωτεΐνες - το mRNA μετατρέπεται σε πρωτεΐνες. Αυτό επιτυγχάνεται με την παραγωγή μιας αλυσίδας αμινοξέων (μια πολυπεπτιδική αλυσίδα) που προσδιορίζεται από τις χημικές πληροφορίες που αποθηκεύονται από έναν συγκεκριμένο κλώνο mRNA. Αυτά τα πολυπεπτίδια διπλώνονται για να σχηματίσουν πρωτεΐνες. Κάθε σκέλος του mRNA κωδικοποιείται από διαφορετικό γονίδιο και κωδικοποιεί διαφορετική πρωτεΐνη. Αυτό είναι σημαντικό για την γονιδιακή έκφραση.

Εικόνα 5: Ο τριπλός κώδικας μεταφράζεται σε αμινοξέα, μερικά από τα αμινοξέα κωδικοποιούν για την έναρξη και το τέλος της μετάφρασης

Η μετάφραση έχει τρία κύρια στάδια: έναρξη, επιμήκυνση και τερματισμός. Αυτά διαφέρουν ελαφρώς στους προκαρυωτικούς και ευκαρυωτικούς οργανισμούς: στους προκαρυωτικούς οργανισμούς, η μετάφραση λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα, ενώ στους ευκαρυώτες, η μετάφραση πραγματοποιείται στο ενδοπλασματικό δίκτυο. Βασική για τη διαδικασία της μετάφρασης είναι η ριβοσωμική ριβοσωμική δομή που διαφέρει επίσης σε προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά, κυρίως ως προς τον ρυθμό μετανάστευσης των υπομονάδων τους όταν φυγοκεντρηθούν και τον αριθμό των πρωτεϊνών που περιέχουν οι υπομονάδες τους.

Η έναρξη ξεκινά με τη σύνδεση της μικρής ριβοσωμικής υπομονάδας στο 5 ’άκρο του mRNA, το αγγελιοφόρο RNA που δημιουργήθηκε κατά τη μεταγραφή από το DNA. Αυτό συμβαίνει σε δύο στάδια: η μικρή ριβοσωμική υπομονάδα συνδέεται αρχικά με πολλά πρωτεϊνώδη παράγοντες έναρξης, πριν η συνδυασμένη δομή συνδεθεί με το mRNA. Αυτή η θέση σύνδεσης είναι αρκετά ριβονουκλεοτίδια πριν από το κωδικόνιο έναρξης του mRNA. Μετά από αυτό, ένα φορτισμένο μόριο tRNA συνδέεται με τη μικρή ριβοσωμική υπομονάδα. Η μεγάλη ριβοσωμική υπομονάδα στη συνέχεια συνεχίζει να συνδέεται με το σύμπλοκο που σχηματίζεται από τη μικρή ριβοσωμική υπομονάδα, το mRNA και το tRNA. Αυτή η διαδικασία υδρολύει το GTP (γουανοσίνη-5 ′-τριφωσφορική) που απαιτείται για την τροφοδότηση των δεσμών. Αφού η μεγάλη ριβοσωμική υπομονάδα ενωθεί με το σύμπλεγμα, απελευθερώνονται οι παράγοντες έναρξης.

Η φόρτιση του μορίου του tRNA που χρησιμοποιείται στη διαδικασία της μετάφρασης αναφέρεται στη σύνδεση του μορίου tRNA με ένα αμινοξύ. Αυτό συμβαίνει ως αποτέλεσμα του αμινοακυλο-tRNAσυνθετάσες, το οποίο αντιδρά με το αμινοξύ και το ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη) για να σχηματίσει μια αντιδραστική μορφή του αμινοξέος, γνωστή ως αμινοακυλαδενυλικό οξύΤο Αυτό συνδέεται με το ATP για να σχηματίσει ένα σύμπλεγμα το οποίο μπορεί να αντιδράσει με ένα μόριο tRNA, σχηματίζοντας έναν ομοιοπολικό δεσμό μεταξύ των δύο. Το tRNA μπορεί τώρα να μεταφέρει το αμινοξύ στο μόριο mRNA.

Η επιμήκυνση ξεκινά όταν τόσο οι μικρές όσο και οι μεγάλες ριβοσωμικές υπομονάδες έχουν συνδεθεί με το mRNA. Μια θέση πεπτιδυλίου και μια θέση αμινοακυλίου σχηματίζονται στο μόριο mRNA για περαιτέρω σύνδεση με tRNA. Το tRNA δεσμεύεται πρώτα στη θέση P (θέση πεπτιδυλίου) και η επιμήκυνση ξεκινά με τη σύνδεση του δεύτερου μορίου tRNA στη θέση Α (θέση αμινοακυλίου). Και τα δύο αυτά μόρια tRNA μεταφέρουν αμινοξέα. Ένα ένζυμο γνωστό ως πεπτιδυλοτρανσφεράση απελευθερώνεται και σχηματίζει έναν πεπτιδικό δεσμό μεταξύ των αμινοξέων που μεταφέρονται από τα δύο μόρια tRNA. Ο ομοιοπολικός δεσμός μεταξύ του μορίου tRNA στη θέση P και του αμινοξέος του σπάει, απελευθερώνοντας αυτό το tRNA στη θέση Ε (θέση εξόδου) πριν απελευθερωθεί πλήρως από το μόριο mRNA. Το tRNA που βρίσκεται στη θέση Α μετακινείται στη θέση Ρ, χρησιμοποιώντας την ενέργεια που παράγεται από το GTP. Αυτό αφήνει τη θέση Α ελεύθερη για περαιτέρω δέσμευση, ενώ η θέση P περιέχει ένα μόριο tRNA συνδεδεμένο με ένα αμινοξύ, που συνδέεται με άλλο αμινοξύΤο Αυτό αποτελεί τη βάση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας. Ένα άλλο μόριο tRNA στη συνέχεια συνδέεται με τη θέση Α και η πεπτιδυλοτρανσφεράση καταλύει τη δημιουργία ενός πεπτιδικού δεσμού μεταξύ αυτού του νέου αμινοξέος και του αμινοξέος που συνδέεται με το tRNA που βρίσκεται στη θέση Ρ. Ο ομοιοπολικός δεσμός μεταξύ του αμινοξέος και του tRNA στη θέση Ρ διασπάται και το tRNA απελευθερώνεται. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται ξανά και ξανά, προσθέτοντας για να προσθέσετε αμινοξέα στην πολυπεπτιδική αλυσίδα.

Ο τερματισμός συμβαίνει όταν το σύμπλοκο ριβοσώματος συναντά α κωδικόνιο διακοπής(βλ. εικόνα 5). Σε αυτό το στάδιο, η πολυπεπτιδική αλυσίδα συνδέεται με ένα tRNA στη θέση P, ενώ η θέση Α είναι μη συνδεδεμένη. Παράγοντες απελευθέρωσης που εξαρτώνται από το GTP διασπούν τον δεσμό μεταξύ του τελικού tRNA και του τερματικού αμινοξέος. Το tRNA απελευθερώνεται από το σύμπλεγμα ριβοσώματος, το οποίο στη συνέχεια διασπάται ξανά στις μικρές και μεγάλες ριβοσωμικές υπομονάδες, οι οποίες απελευθερώνονται από τον κλώνο mRNA. Αυτή η πολυπεπτιδική αλυσίδα στη συνέχεια αναδιπλώνεται για να σχηματίσει μια πρωτεΐνη. Αυτή η διαδικασία απεικονίζεται στο σχήμα 6 και στο σχήμα 7.

Εικόνα 6: Η επισκόπηση της διαδικασίας μετάφρασης

Εικόνα 7: Τα κύρια γεγονότα σε κάθε στάδιο της μετάφρασης.


Απονομή βραβείου από τον Joseph Goldstein

Ο Groucho Marx μπορεί να έχει τη διάκριση ότι είναι ο πιο αστείος κωμικός που έζησε ποτέ, αλλά ο Σίντνεϊ Μπρένερ, φέτος και ο αποδέκτης του βραβείου Lasker Special Achievement Award, κατέχει έναν υψηλότερο τίτλο - τον πιο αστείο επιστήμονα που έζησε ποτέ. Όπως και ο Groucho, έτσι και το Σίδνεϊ είναι διάσημο για την έξυπνη ενέργειά του, τις δημιουργικές του γραμμές και τους διορατικούς μονολόγους του για κάθε θέμα που μπορεί να φανταστεί-για να μην αναφέρουμε τα θαμνώδη φρύδια του. Πριν από πενήντα χρόνια, ο Γκρούτσο Μαρξ δίδαξε στους Αμερικανούς τη σημασία της λέξης Γίντις τσούτζπα όταν αρνήθηκε να συμμετάσχει σε μια επαρχιακή λέσχη του Μπέβερλι Χιλς επειδή δεν τον ενδιέφερε να συμμετάσχει σε κανέναν σύλλογο που θα τον επέλεγε ως μέλος. Όπως ο Groucho Marx, ο Sydney Brenner είναι η προσωποποίηση του chutzpah.

Τι άλλος επιστήμονας θα είχε chutzpah για να παρουσιάσει μια διάλεξη στο Χάρβαρντ φορώντας ένα βουβό πουκάμισο Χαβάης;

Ποιος επιστήμονας θα είχε chutzpah να υποβάλει ένα χειρόγραφο στη Βασιλική Εταιρεία με μια ψεύτικη αναφορά κρυμμένη στη μέση του κειμένου, “Leonardo da Vinci (προσωπική επικοινωνία) ” Και όταν ο συντάκτης κάλεσε στο χαλί, απάντησε ότι υπάρχει ένας νέος Ιταλός μεταδιδακτορικός συνεργάτης που εργάζεται στο εργαστήριο.

Ποιος επιστήμονας θα είχε chutzpah να αρνηθεί την ιδιότητα του ιππότη από τη βασίλισσα της Αγγλίας; Αμφιβάλλω ότι ακόμη και ο Γκρούτσο Μαρξ θα το είχε τσούτζπα να αρνηθεί τη λέσχη στο παλάτι του Μπάκιγχαμ.

Περισσότερες πληροφορίες

Ο Φράνσις Κρικ περιγράφει τον Σίδνεϊ Μπρένερ με τον ίδιο τρόπο: “ Ο Σίντνεϊ είναι μοναδικός, τόσο με τη χαρακτηριστική αίσθηση του χιούμορ που χρωματίζει τις πολλές ασυνήθιστες ιδέες του όσο και με το εύρος και τη σημασία των βιολογικών του ανακαλύψεων. Απλώς δεν υπάρχει κανένας άλλος σαν αυτόν.” Αυτός είναι μεγάλος έπαινος από τον Αρχιερέα της Βιολογίας.

Ποιος είναι λοιπόν ο Σίδνεϊ Μπρένερ και ποια είναι τα επιστημονικά του επιτεύγματα που τον τοποθετούν στην παρέα των Πικάσο, Στραβίνσκι και Γκρούτσο Μαρξ; Είναι τρομακτικό να προσπαθείς να συνοψίσεις σε λίγα λεπτά την 50χρονη καριέρα ενός επιστημονικού γίγαντα όπως ο Σίδνεϊ Μπρένερ. Μπορεί να μην είναι δυνατόν, αλλά ας προσπαθήσω. Αυτό θα είναι μια πραγματική πράξη chutzpah εκ μέρους μου!

Όπως όλα τα άλλα στο Σίδνεϊ, η πρώιμη ζωή του ήταν ασυνήθιστη. Γεννήθηκε το 1927 σε μια μικρή πόλη έξω από το Γιοχάνεσμπουργκ της Νότιας Αφρικής - πολύ μακριά από τα ακαδημαϊκά κέντρα του κόσμου. Οι γονείς του είχαν μεταναστεύσει στη Νότια Αφρική το 1910 από τη Λετονία και τη Λιθουανία. Ο πατέρας του ήταν τσαγκάρης που εργαζόταν καθημερινά μέχρι τα 80 του χρόνια. Ο πατέρας του δεν μπορούσε να διαβάσει ούτε να γράψει, αλλά μπορούσε να μιλήσει πολλές γλώσσες. Παρά αυτά τα ταπεινά ξεκινήματα, ο Σίδνεϊ έμαθε να διαβάζει την εφημερίδα σε ηλικία τριών ετών. Στην ηλικία των τεσσάρων, είχε γίνει αδηφάγος αναγνώστης. Στην ηλικία των έξι ετών, είχε ανακαλύψει το τμήμα ενηλίκων της δημόσιας βιβλιοθήκης, όπου διάβασε τα πρώτα του βιβλία χημείας. Σε ηλικία 10 ετών, έκανε πειράματα χημείας στο σπίτι, εξάγοντας χρωστικές ουσίες από φύλλα και πέταλα. Η λαμπρότητα του ήταν εμφανής σε όλους και σύντομα κέρδισε υποτροφία για ιατρική σχολή στο Πανεπιστήμιο του Witwatersrand στο Γιοχάνεσμπουργκ, εισερχόμενος στην τρυφερή ηλικία των 14 ετών.

Η ιστολογία ήταν το αγαπημένο του μάθημα και γοητεύτηκε με τα κύτταρα και τα χρωμοσώματα. Ενώ ήταν φοιτητής ιατρικής, διάβαζε κάθε βιβλίο που μπορούσε να βρει για την κυτταρογενετική και έφτιαξε μόνος του μια φυγόκεντρο ώστε να μπορεί να καθορίσει τον αριθμό των χρωμοσωμάτων Ελέφανταλος — ένα μικροσκοπικό ποντίκι σαν ποντίκι. Οι επιστήμονες τυπικά μαθαίνουν την επιστήμη δουλεύοντας στα εργαστήρια επιστημόνων. Αλλά αυτό δεν ήταν το στυλ του Σίδνεϊ: δίδαξε τον εαυτό του επιστήμη. Ποιος άλλος θα μπορούσε να διδάξει στο Σίδνεϊ; Η διδασκαλία της επιστήμης είναι ένα επαναλαμβανόμενο θέμα στην καριέρα του Σίδνεϊ, καθώς θα ακούσετε περισσότερα σε λίγο.

Για να αποφοιτήσουν από την ιατρική σχολή, οι μαθητές στο Γιοχάνεσμπουργκ έπρεπε να περάσουν μια εξέταση στην οποία έπρεπε να διαγνώσουν σωστά έναν άγνωστο άρρωστο ασθενή. Τον τελευταίο χρόνο του εξαετούς προγράμματος σπουδών του, ο Σίδνεϊ στάλθηκε στο κρεβάτι ενός άντρα με διαβητική κετοξέωση και του είπαν να μυρίσει την αναπνοή του ασθενούς. Όταν ρωτήθηκε τι μύριζε, απάντησε “McClain’s οδοντόκρεμα!” Απέτυχε στις εξετάσεις και έπρεπε να περιμένει άλλον ένα χρόνο για να αποφοιτήσει.

Αυτή η καθυστέρηση λειτούργησε προς όφελος του Σίδνεϊ με διάφορους τρόπους: πρώτον, ήταν μόλις 20 ετών, η οποία ήταν κάτω από τη νόμιμη ηλικία για να ασκήσει ιατρική στη Νότια Αφρική και δεύτερον, το επιπλέον έτος του έδωσε την ευκαιρία να συνεχίσει τα κυτταρογενετικά του πειράματα και ελεύθερο να διαβάσει κάθε βιβλίο και περιοδικό βιολογίας που μπορούσε να τραβήξει τα μάτια του. Ενθουσιάστηκε άγρια ​​από έγγραφα από τις Ηνωμένες Πολιτείες και την Ευρώπη που περιγράφουν πώς οι βακτηριοφάγοι θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη γονιδίων. Το Σίδνεϊ αισθάνθηκε την εμφάνιση ενός νέου πεδίου - σύντομα γνωστό ως μοριακή βιολογία, το οποίο ήταν πολύ πιο δύσκολο για αυτόν από την άσκηση ιατρικής. Υπήρχε όμως ένα σημαντικό πρόβλημα. Η επιστήμη στη Νότια Αφρική στις αρχές της δεκαετίας του 1950 ήταν επιστημονικά πρωτόγονη: δεν υπήρχαν προγράμματα διδακτορικών σπουδών για την είσοδο στο Σίδνεϊ. Έτσι, το 1952, έφυγε από το Γιοχάνεσμπουργκ για να πάρει μεταπτυχιακό στη βιοχημεία στην Οξφόρδη.

Ο χρονισμός του Σίδνεϊ δεν θα μπορούσε να ήταν καλύτερος. Έφτασε στην Οξφόρδη λίγους μήνες μετά την άφιξη του Τζιμ Γουότσον στο Κέιμπριτζ. Σύμφωνα με τον Watson, αυτός και ο Sydney “ πρόσθεσαν πολύ απαραίτητες δόσεις γενετικού καθαρού αέρα στον βρετανικό βιολογικό κόσμο. ” Όταν το Σίδνεϊ άκουσε για τη διπλή έλικα, έσπευσε στο Κέιμπριτζ για να δει το νεόκτιστο μοντέλο DNA και να συναντήσει το ζευγάρι. νέων ιδιοφυΐων που το συνέλαβαν. Στην πρώτη τους συνάντηση, ο Φράνσις Κρικ εντυπωσιάστηκε πολύ από το γρήγορο αναλυτικό μυαλό του Σίδνεϊ και ξεκίνησε να τον στρατολογήσει στο Εργαστήριο MRC στο Κέιμπριτζ. Όταν το Σίδνεϊ προσχώρησε στο προσωπικό του MRC αρκετά χρόνια αργότερα, δεν υπήρχε χώρος για το γραφείο του, οπότε μετακόμισε με τον Κρικ, μια προσωρινή συμφωνία που συνεχίστηκε για τα επόμενα 20 χρόνια, προς όφελος του επιστημονικού κόσμου.

Μεταξύ 1954 και 1966, το Σίδνεϊ αναδείχθηκε ως ένας από τους λίγους ήρωες που προήδρευαν της χρυσής εποχής της μοριακής βιολογίας. Με τον Crick, το Sydney συμπέρανε την τριπλή φύση του γενετικού κώδικα και επινόησε τον όρο κωδικόνιο. Μόνος του, επεξεργάστηκε τη θεμελιώδη φύση των μεταλλάξεων, δείχνοντας ότι οι αλλαγές μιας βάσης στο DNA οδηγούν είτε σε αλλοιωμένες πρωτεΐνες είτε στην απουσία πρωτεϊνών-τις λεγόμενες μεταλλάξεις πλαισίου, κατασταλτικές και ανοησίες μεταλλάξεις. Με τον François Jacob, συνέλαβε την ιδέα του αγγελιοφόρου RNA, της μεταγραφής που μεταφέρει τις γενετικές πληροφορίες στο DNA στον μηχανισμό σύνθεσης πρωτεϊνών του κυττάρου και συνέχισε να πραγματοποιεί έξυπνα πειράματα για να αποδείξει την ύπαρξή του. Η ανακάλυψη του αγγελιοφόρου RNA είναι ένα από τα πιο συναρπαστικά κομμάτια αστυνομικού έργου στην ιστορία της βιολογίας, που περιλαμβάνει μια δραματική σειρά ανατροπών. Η δράση ξεκίνησε στο Oak Ridge, το Tennessee μετακόμισε στο Ινστιτούτο Παστέρ στο Παρίσι, στη συνέχεια στα δωμάτια του Sydney Brenner ’ στο King ’s College και μετά σε ένα πάρτι στο Golden Helix, Francis Crick ’s στο Cambridge και μετά στο εργαστήριο Matthew Meselson ’s στο Caltech και κορυφώθηκε σε μια ‘eureka στιγμή’, όταν ο Σίδνεϊ και ο Φρανσουά Τζέικομπ χαλάρωναν στην παραλία κοντά στο Λος Άντζελες. Ξαφνικά, το Σίδνεϊ ξεπήδησε από την άμμο και ούρλιαξε στον Τζέικομπ: "Είναι το μαγνήσιο!" Είναι το μαγνήσιο. ” Για όσους ενδιαφέρονται για τη συνοπτική έκδοση αυτού του ιστορικού γεγονότος, σας παραπέμπω στο Horace Freeland Judson ’s Η Όγδοη Ημέρα της Δημιουργίας και François Jacob ’s Το ανάστημα μέσαΤο Για την πρωτοποριακή του εργασία σχετικά με τον γενετικό κώδικα και την ανακάλυψη του mRNA, ο Σίδνεϊ έλαβε το Βραβείο Lasker για τη Βασική Έρευνα το 1971.

Στα μέσα της δεκαετίας του 1960, το Σίδνεϊ πήρε την τολμηρή απόφαση να ξεκινήσει ένα νέο πρόγραμμα στην αναπτυξιακή βιολογία που σχεδιάστηκε για να μάθει πώς αναπτύσσεται ένα πολυκύτταρο ζώο από ένα γονιμοποιημένο αυγό. Το Μεγάλο Σχέδιο του ήταν να βρει ένα ζώο στο οποίο θα μπορούσε να εντοπίσει τη γέννηση και το θάνατο κάθε ενός από τα κύτταρά του. Κατά τον τυπικό τρόπο του Μπρένερ, ο Σίδνεϊ διάβασε εκτενώς, δίδαξε τον εαυτό του ζωολογία, δοκίμασε πολλά πιλοτικά πειράματα που αφορούσαν πολλούς διαφορετικούς οργανισμούς και τελικά εγκαταστάθηκε σε ένα μικροσκοπικό στρογγυλό σκουλήκι που ζει στο έδαφος που ονομάζεται Caenorhabditis elegans, ή C. elegans εν συντομία. Επέλεξε αυτό το συγκεκριμένο σκουλήκι επειδή ήταν μικρό, ημιδιαφανές, ανατομικά απλό και κατάλληλο για ηλεκτρονική μικροσκόπηση. Ήταν επίσης εύκολο να καλλιεργηθεί στο εργαστήριο και να γίνει γενετικός χειρισμός. Μέχρι 100.000 σκουλήκια μπορούν να καλλιεργηθούν σε ένα μόνο πιάτο Petri σε μέγεθος ασημένιου δολαρίου. Κάθε γονικό σκουλήκι γεννά περισσότερους από 250 απογόνους με χρόνο γενιάς μόλις 3,5 ημέρες, πολύ μικρότερος από αυτόν της μύγας φρούτων. Η έφεση του C. elegans έγκειται στην απλότητά του. Σε σύγκριση με έναν τυπικό άνθρωπο που έχει περισσότερα από ένα τρισεκατομμύριο κύτταρα, C. elegans έχει μόνο 959 κύτταρα σε ολόκληρο το σώμα του. Ακόμη, C. elegans έχει μια σειρά από διαφοροποιημένους τύπους κυττάρων και κάνει όλα τα βασικά πράγματα που κάνουν τα ζώα - κινείται, τρώει, αφόδευσε και κάνει σεξ.

Μόλις το Σίδνεϊ εγκαταστάθηκε C. elegans, χρειάστηκαν περίπου 10 χρόνια για να αποδειχθεί σε άλλους επιστήμονες ότι θα αναδυθεί χρήσιμη βιολογία. Μέχρι το 1974, το Σίδνεϊ είχε πετύχει να απομονώσει και να χαρτογραφήσει τη χρωμοσωμική θέση 300 μεταλλάξεων που άλλαξαν την κίνηση ή τη μορφολογία του σκουληκιού. Όλη αυτή η αρχική δουλειά έγινε από τον ίδιο το Σίδνεϊ, αλλά σύντομα άρχισε να προσελκύει κορυφαίους μεταδιδακτορικούς συνεργάτες από όλο τον κόσμο. Ο τομέας αναπτύχθηκε ραγδαία, από έναν επιστήμονα πριν από 30 χρόνια σε πάνω από 2000 σήμερα, που όλοι είναι απόγονοι του Σίδνεϊ - οι μαθητές του, οι μαθητές του και οι σπουδαστές του, ακόμη και μεγάλοι σπουδαστές.

Η ανάπτυξη της C. elegans έχει εξεταστεί σε βαθμό ασύγκριτο με οποιονδήποτε άλλο πολυκύτταρο οργανισμό. Από το 1974, περισσότερες από 10.000 γενετικές παραλλαγές του C. elegans έχουν παραχθεί σε περισσότερα από 100 διαφορετικά εργαστήρια σε όλο τον κόσμο. Είναι το μόνο ζώο στο οποίο είναι γνωστή η πλήρης καταγωγή και η μοίρα κάθε κυττάρου. C. elegans είναι το μόνο ζώο στο οποίο το τρισδιάστατο διάγραμμα καλωδίωσης του νευρικού συστήματος έχει χαρτογραφηθεί σε ηλεκτρονικό μικροσκοπικό επίπεδο.Το 1998, έγινε το πρώτο ζώο του οποίου το γονιδίωμα προσδιορίστηκε η αλληλουχία. C. elegans έχει αποδειχθεί επίσης ότι είναι ιατρική Rosetta Stone, η οποία παρέχει ενδείξεις για τον καρκίνο, τη νόσο Αλτσχάιμερ και τον διαβήτη.

Το όνειρο του Σίδνεϊ για το Μεγάλο Σχέδιο έγινε πραγματικότητα. Το σκουλήκι έχει επιτύχει τη θέση του στην ιστορία, μαζί με τη μύγα και το ποντίκι, ως ένα από τα τρία ζωικά μοντέλα που αποκαλύπτουν τις βασικές αρχές της πολυκύτταρης ζωής.

Οι δεξιότητες του Sydney’ δεν έχουν περιοριστεί στο εργαστήριο. Είναι τόσο έξυπνος πολιτικός όσο και επιστήμονας. Κατά τη διάρκεια της πρώτης υστερίας της αντιπαράθεσης για το ανασυνδυασμένο DNA, το Σίδνεϊ ήταν η λογική φωνή που ηρέμησε τους πολιτικούς και τους επιστήμονες που ανησυχούσαν ότι τα βακτήρια που μεταμορφώθηκαν σε γονίδια θα φύγουν από τα εργαστήρια και θα βρουν το δρόμο τους σε δημόσιους χώρους όπως το Central Park. Το Σίδνεϊ έκανε την κρίσιμη πρόταση να χρησιμοποιηθούν στελέχη βακτηρίων που δεν θα μπορούσαν να επιβιώσουν έξω από το εργαστήριο. Πείστηκε ότι αυτή η προσέγγιση θα λειτουργούσε αφού δοκίμασε στον εαυτό του γενετικά ανάπηρα βακτήρια. Έπινε ένα κοκτέιλ γεμάτο βακτήρια με ειδικές ανάγκες και μετά μέτρησε πόσο από αυτό περνούσε από τα έντερα του. Κανείς δεν επέζησε. Τώρα θυμηθείτε ότι το 1975 ο πειραματισμός ανθρώπων με ανασυνδυασμένο DNA τέθηκε εκτός νόμου. Το Σίδνεϊ πήρε την άδεια για το πείραμά του λέγοντας στις βρετανικές αρχές ότι τα βαριά βακτήρια θα δοκιμαστούν σε έναν άνω πρωτεύοντα. ” Τώρα που chutzpah!

Ο Σίντνεϊ Μπρένερ είναι ένας ακούραστος ρακένδυτος που είναι θρυλικός για την τρελή εξυπνάδα του και τη θαυμάσια ασέβεια του. Όταν ρωτήθηκε από την Επιτροπή Εκπαιδεύσεων του Βρετανικού Κοινοβουλίου πόσα μαθηματικά χρειάζονται οι μαθητές για να μάθουν να κάνουν βιολογία, ο Σίδνεϊ απάντησε: “Η ικανότητα να μετράει στο 20 - αυτό ’ όλα - υπάρχουν 4 βάσεις και 20 αμινοξέα. Youσως χρειαστεί να πάτε στο 64 σε κάποια φάση. Υπάρχουν 64 κωδικόνια στον γενετικό κώδικα. ” Ο Σίδνεϊ δημοσίευσε πρόσφατα μια συλλογή από τις χιουμοριστικές απόψεις του για τη βιολογία σε ένα βιβλίο με τίτλο “Loose Ends, ” το οποίο προτείνω σε όλους. Είναι φορτωμένο με υπέροχα ανέκδοτα.

Μετά από 50 χρόνια στην επιστήμη, το Σίδνεϊ παραμένει δυναμικό όσο ποτέ. Πρόσφατα εφηύρε μια ευφυή τεχνική για την κλωνοποίηση του DNA στην επιφάνεια των μικροσφαιριδίων που κάθονται σε δοκιμαστικό σωλήνα. Αυτό απέχει πολύ από την παραδοσιακή μέθοδο κλωνοποίησης που περιλαμβάνει την ανάπτυξη βακτηρίων σε έναν επωαστήρα. Η βασική ιδέα είναι να πάρετε ένα πολύπλοκο μείγμα DNA, όπως όλα τα γονίδια στον εγκέφαλο, και να το κόψετε σε ένα εκατομμύριο διαφορετικά θραύσματα. Κάθε θραύσμα στη συνέχεια αντιγράφεται 100.000 φορές και προσαρτάται σε ένα μόνο μικροσφαιρίδιο. Το αποτέλεσμα είναι μια βιβλιοθήκη 1 εκατομμυρίου μικροσφαιριδίων, καθένα από τα οποία περιέχει 100.000 αντίγραφα ενός μοναδικού κομματιού DNA. Δεδομένου ότι ολόκληρη η βιβλιοθήκη 1 εκατομμυρίου μικροσφαιριδίων περιέχεται σε έναν δοκιμαστικό σωλήνα, μπορεί να ανιχνευθεί γρήγορα και να προσδιοριστεί η αλληλουχία του. Και με τον πραγματικό τρόπο του 21ου αιώνα, το Σίδνεϊ έχει δημιουργήσει μια εταιρεία βιοτεχνολογίας (Lynx Therapeutics, Inc.) για να φέρει την εφεύρεσή του στις μάζες.

Στα 20 χρόνια που ο Σίδνεϊ μοιράστηκε ένα γραφείο με τον Φράνσις Κρικ, επινόησαν έξυπνα σχέδια για να εξηγήσουν τη λειτουργία της φύσης. Μερικά από τα σχέδιά τους ήταν πιο ορθολογικά από το πραγματικό σχέδιο που επέλεξε ο Θεός. Το μάθημα για το σπίτι είναι ξεκάθαρο: Αν το Σίδνεϊ είχε μοιρασθεί ένα γραφείο με τον Θεό κατά τη διάρκεια της Δημιουργίας, το Σύμπαν θα ήταν ένα πολύ πιο ορθολογικό μέρος.


Δες το βίντεο: Βιολογία #1: Τι είναι το DNA και πως λειτουργεί; (Φεβρουάριος 2023).