معلومة

8.E: إعادة تركيب الحمض النووي (تمارين) - علم الأحياء

8.E: إعادة تركيب الحمض النووي (تمارين) - علم الأحياء


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.

السؤال 8.6. وفقًا لنموذج Holliday لإعادة التركيب الجيني ، ما هو العامل الذي يحدد طول مضاعف مضاعف في إعادة التركيب الوسيط؟

السؤال 8.7. يمكن حل تقاطعات Holliday بطريقتين مختلفتين. ما هي عواقب اختيار الخصلة المستخدمة في الحل؟

السؤال 8.8. لماذا تتضمن نماذج إعادة التركيب توليد مضاعفات مضاعفة غير متجانسة في المنتجات؟

السؤال 8.9. ضع في اعتبارك نسختين مزدوجتين من الحمض النووي اللتين تخضعان لإعادة التركيب من خلال آلية كسر الشريط المزدوج. يحتوي الاتجاه الأبوي المزدوج المشار إليه بالخطوط الرفيعة على أليلات سائدة للجينات M و N و O و P و Q ، بينما يحتوي الاتجاه الأبوي المزدوج الموضح في الخطوط السميكة على أليلات متنحية ، يشار إليها بأحرف صغيرة. يظهر أيضًا إعادة التركيب الوسيط مع بنيتين هوليداي.

  • أ) ما هي الازدواجية الناتجة عن حل تقاطع هوليدي الأيسر عموديًا والتقاطع الأيمن أفقيًا؟
  • ب) بعد الاستبانة الرأسية الأفقية ، ما هو التركيب الجيني لنواتج إعادة التركيب فيما يتعلق بالعلامات المرافقة M و Q؟ في الإجابة ، استخدم شرطة مائلة لفصل التعيين للكروموسومين ، كل منهما يُشار إليه بخط (أي الترتيب الأبوي هو M___Q / m___q).
  • ج) إذا تم فصل منتجات الدقة الرأسية الأفقية عن طريق الانقسام الاختزالي ، ثم تكررت بواسطة الانقسام الفتيلي لتوليد 8 أبواغ في مصفوفة مرتبة (كما في غير مكتملالفطريات) ، ما هو النمط الظاهري للجراثيم فيما يتعلق بأليلات الجين O؟ افترض أن الكروماتيدات الشقيقة لهذه الكروموسومات لم تخضع لإعادة التركيب في هذه المنطقة (أي بقايا أبوية مزدوجة من كل كروموسوم متماثل من المرحلة 4n).

بالنسبة إلى التالي 3 ، ضع في اعتبارك نسختين مزدوجتين من الحمض النووي اللتين تخضعان لإعادة التركيب بواسطة آلية كسر الشريط المزدوج. يحتوي الاتجاه الأبوي المزدوج الذي يُشار إليه بخطوط سوداء رفيعة على أليلات سائدة (أحرف كبيرة) للجينات (أو مواضع) K و L و M ، أما الدوبلكس الأبوي الذي يُشار إليه بخطوط رمادية كثيفة فهو يحتوي على أليلات متنحية ، يشار إليها بـ k ، l ، m. تظهر الجينات على شكل مربعات ذات حدود رمادية. في الرسم البياني على اليمين ، تم إجراء كسر الشريط المزدوج في الجين L في الازدواج الأسود وتم توسيعه بفعل نوكليازات خارجية.

السؤال 8.10. عندما تتم إعادة التركيب من خلال آلية كسر الخيط المزدوج ، ما هو هيكل الوسيط مع تقاطعات Holliday ، قبل ترحيل الفرع؟ يرجى رسم الهيكل ، والتمييز بين سلاسل الحمض النووي من الازدواج الوالدين.

السؤال 8.11. إذا تم حل مركبات إعادة التركيب الوسيطة لتوليد كروموسوم مع أليل K السائد للجين K والأليل المتنحي m للجين M على نفس الكروموسوم (K___m) ، والذي سيكون الأليل (السائد L أو المتنحي l) في L ، أو الجين الأوسط؟

السؤال 8.12. إذا انزلق تقاطع Holliday الأيسر إلى اليسار عن طريق ترحيل الفرع على طول الطريق عبر الجين K (K allele على الازدواج الأسود ، k allele على الازدواج الرمادي) ، فماذا سيكون هيكل المنتج ، قبل الحل؟

السؤال 8.13. وفقًا لنموذج Holliday الأصلي ونموذج الانكسار المزدوج لإعادة التركيب ، ما هي النتائج المتوقعة لإعادة التركيب بين كروموسوم مزدوج خطي وصبغي مزدوج دائري (سابقًا) يحمل فجوة في منطقة التماثل؟ يُشار إلى التماثل من خلال المربعات المسماة ABC على الازدواج الخطي و ac على الدائرة ذات الفراغات. المناطق المحيطة بالتماثل (P و Q مقابل X و Y) ليست متجانسة.

تم الإبلاغ عن نتائج تجربة مثل هذه في Orr-Weaver، T.L، Szostak، J.W and Rothstein، R.J. (1981) تحويل الخميرة: نظام نموذجي لدراسة إعادة التركيب. بروك. ناتل. أكاد. علوم. USA 78: 6354-6358. كانت هذه البيانات مفيدة في صياغة نموذج الكسر المزدوج لإعادة التركيب.

السؤال 8.14.مجموعة متنوعة من في المختبر تم تطوير مقايسات لتبادل الخيوط المحفز بواسطة RecA. لكل من الركائز الموضحة أدناه ، ما هي المنتجات المتوقعة عند احتضانها بـ RecA و ATP (و SSB لتسهيل إزالة الهياكل الثانوية من الحمض النووي أحادي الجديلة)؟ من الناحية العملية ، تستمر التفاعلات على مراحل ويمكن للمرء أن يرى الوسطاء ، لكن الإجابة من حيث المنتجات النهائية بعد اكتمال التفاعل.

في كل حالة ، يتم عرض الجزيء الذي يحتوي على الأقل على منطقة واحدة جزئية تقطعت بهم السبل بخيوط زرقاء سميكة ، ويتم عرض الوجه المزدوج الذي سيتم غزوه بخطوط حمراء رفيعة. ركائز الحمض النووي هي كما يلي.

  • أ. دائرة مفردة ومزدوجة خطية. الركيزتان لهما نفس الطول وهما متماثلان طوال الوقت.
  • ب. شظايا خطية قصيرة وحيدة الجديلة ودائرة مزدوجة. الأجزاء القصيرة متماثلة مع الدائرة.
  • ج. خطي أحادي الجديلة وخطي مزدوج. الركيزتان لهما نفس الطول وهما متماثلان طوال الوقت.
  • D. فجوات دائرة وخطي مزدوج. طول الخيط السليم للدائرة هو نفس طول الخط الخطي وهو متماثل في جميع الأنحاء. إن خصلة الدائرة ذات الفجوات مكملة للخيط السليم ، بالطبع ، لكنها أقصر.

استنساخ الحمض النووي عن طريق إعادة التركيب المتماثل في الإشريكية القولونية

استنساخ الحمض النووي الأجنبي في الإشريكية القولونية الحلقات هي حجر الزاوية في البيولوجيا الجزيئية. لا يزال العمل الرائد في أوائل السبعينيات ، باستخدام روابط DNA للصق الحمض النووي في النواقل اللاصقة ، هو النهج الأكثر استخدامًا على نطاق واسع. هنا نصف مبدأ مختلفًا ، باستخدام إعادة تركيب ET 1،2 ، للاستنساخ الموجه والاستنساخ الفرعي ، والذي يوفر مجموعة متنوعة من المزايا. الأهم من ذلك ، يمكن استنساخ منطقة DNA المختارة من خليط معقد دون عزل مسبق. ومن ثم فإن الاستنساخ عن طريق إعادة تركيب ET يشبه PCR من حيث أن كلاهما يتضمن تضخيم منطقة DNA بين نقطتين مختارتين. نطبق الإستراتيجية لاستنساخ مناطق الحمض النووي المختارة من عدة جزيئات مستهدفة مقيمة فيها بكتريا قولونية المضيفين ، واستنساخ مناطق الحمض النووي المختارة من مستحضرات الحمض النووي الجينومي. نحلل هنا الجوانب الأساسية للنهج ونقدم عدة أمثلة توضح بساطته ومرونته وكفاءته الملحوظة.


علم الوراثة

علم الوراثة الجزيئية هي دورة استقصائية واسعة النطاق حيث يجب أن يكتسب الطلاب فهمًا مفاهيميًا راسخًا للآليات الجزيئية التي تحكم المبادئ الجينية الأساسية. يوفر هذا الكتاب الأساس اللازم لمعظم دورات القسم الأعلى في علم الأحياء ، وهو على قدم المساواة مع الدورات الوراثية الجزيئية المماثلة في جامعات الأبحاث الكبرى في الولايات المتحدة.

يعمل هذا الدليل كمرافق للكتب المدرسية في علم الوراثة الجزيئي وقد تم اقتباسه من المحاضرات المقدمة من كتب الجينات المستوحاة من لوين. لا يُقصد منه تغطية جميع المواد المقدمة في تلك المحاضرات ، ولكنه يوفر بدلاً من ذلك للطلاب الجامعيين فرصة للتركيز على الموضوعات الأكثر تحديًا في بيئات التعلم الصغيرة النشطة. في كثير من الأحيان لا يمكن إتقان هذه المفاهيم القائمة على حل المشكلات حتى يستثمر الطالب الوقت للعمل من خلالها بالكامل. تم تقديم التمارين في علم الوراثة الجزيئية مصممة لتلبية هذا الهدف التعليمي المهم للدورة.

يتم تذكير الطلاب بأن إجابات الأسئلة في نهاية كل مناقشة يمكن العثور عليها أحيانًا في التفسيرات المكتوبة في الدليل. في أوقات أخرى ، سيكون من الضروري الرجوع إلى ملاحظات الفصل و / أو الكتاب المدرسي و / أو الموارد الأخرى للإجابة على هذه الأسئلة بشكل صحيح.

تتكون الجينات من الحمض النووي
علم الوراثة المندلية
يمكن التعرف على الجينات عن طريق تحليل الأنماط الظاهرية للطفرات
تحليلات الجينوم الكامل
تطور الجينوم وتغليف الجينوم
تكرار الحمض النووي
إعادة تركيب الحمض النووي وإصلاح الحمض النووي
العناصر الجينية المتنقلة
بدء النسخ
معالجة الحمض النووي الريبي
ترجمة
دوائر تنظيم الجينات بدائية النواة
تنظيم التعبير الجيني في حقيقيات النوى


تحويل الحمض النووي

استخدمت التجربة التاريخية لستانلي كوهين وهربرت بوير تقنيات لقطع ولصق الحمض النووي لإنشاء أول كائن حي مصنوع خصيصًا يحتوي على DNA معاد اتحاده أو "معاد دمجه". قام كوهين وبوير بإدخال جزيء الحمض النووي المؤتلف الذي أنشأوه في بكتيريا الإشريكية القولونية عن طريق البلازميد ، مما أدى إلى امتصاص والتعبير عن تسلسل الحمض النووي الغريب المعروف باسم "التحول".

هذه الرسوم المتحركة متاحة أيضًا على شكل فيديو.

استخدمت التجربة التاريخية لستانلي كوهين وهربرت بوير تقنيات لقطع ولصق الحمض النووي لإنشاء أول كائن حي مصنوع خصيصًا يحتوي على DNA معاد اتحاده أو "معاد دمجه". قام كوهين وبوير بإدخال جزيء الحمض النووي المؤتلف الذي أنشأوه في بكتيريا الإشريكية القولونية عن طريق البلازميد ، مما أدى إلى امتصاص والتعبير عن تسلسل الحمض النووي الغريب المعروف باسم "التحول".

بكتيريا إي كولاي ، تحول الحمض النووي ، جزيء الحمض النووي ، هربرت بوير ، ستانلي كوهين ، الحمض النووي المؤتلف ، تسلسل الحمض النووي ، الإشريكية القولونية ، البلازميد ، التعبير


نهايات لزجة

قبل اكتشاف سابقة بمعنى البيئةR1 ، كان إعادة تركيب المادة الجينية ، كما اعترف بول بيرج ، "مرهقًا ، وصعبًا تقنيًا ، وربما غير قابل للتكرار." سابقة بمعنى البيئةR1 غير كل ذلك.

سابقة بمعنى البيئةR1 هو نوكلياز داخلي مقيد ، وهو إنزيم يقطع جزيئات الحمض النووي إلى أجزاء. يعتقد العلماء أن إنزيمات التقييد تطورت في البكتيريا للدفاع ضد تسلل الجينومات الفيروسية. تم تحديد العينات الجزيئية الأولى في أواخر الستينيات. أجرى علماء الكيمياء الحيوية بحثًا واسعًا للعثور على آخرين. لا أحد يعرف عدد الاكتشافات المنتظرة. سابقة بمعنى البيئةظهر R1 في سان فرانسيسكو عام 1971 ، وكان بمثابة نعمة لمشاريع إعادة تركيب الحمض النووي.

كمقيد من النوع الثاني ، سابقة بمعنى البيئةR1 يقطع الحمض النووي بشكل موثوق في موقع تمييز محدد ، تسلسل DNA محدد ، ويقوم دائمًا بعمل نفس القطع الدقيق داخله. كما علم بوير في صباح أحد أيام السبت في ربيع عام 1972 ، سابقة بمعنى البيئةتسلسل التعرف على R1 هو:

ينشق الإنزيم بين نيوكليوتيدات G و A على كلا الخيطين لإنتاج قطع توقيع متداخلة:

تُترك كلتا القطعتين من الجزيء المقطوع مع بروز أربعة نيوكليوتيدات في أحد طرفيه. التسلسلات مكملة متناظرة: AATT و TTAA. أطلق ميرتس وديفيز على الأطراف اسم "لزج" لأنه ، على عكس جزيئات الحمض النووي المقيدة ذات النهايات غير الحادة ، فإن الأجزاء المتدلية على سابقة بمعنى البيئةسيتم دمج الأجزاء المقيدة R1 بسهولة مع التسلسلات التكميلية. ولأن الإنزيم يصنع قطعًا متطابقة في أي قطعة من الحمض النووي من أي كائن حي ، يتم إنتاج شظايا بواسطة سابقة بمعنى البيئةيعتبر تقييد R1 مكملًا بشكل طبيعي ، ويمكن ضمه دون مزيد من المعالجة الكيميائية الحيوية.

سابقة بمعنى البيئةسمحت "النهايات اللاصقة" لـ R1 للباحثين بقص ولصق الحمض النووي بسهولة ومرونة ودقة أكبر بكثير من الطرق والمواد السابقة. لقد كان بمثابة أداة تمكين مهمة في تطوير تقنية الحمض النووي المؤتلف.

سمع ستان كوهين عن الإنزيم من زميل له في سان دييغو ، عالم الأحياء الجزيئية دون هيلينسكي. كان كوهين وهيلينسكي ينظمان مؤتمرا دوليا حول البلازميدات سيعقد في نوفمبر ، في هاواي. اقترح هيلينسكي أن يوجه كوهين دعوة إلى Boyer للحديث عن أهمية سابقة بمعنى البيئةR1 في علم الوراثة البلازميد.

نشر مؤلفو جامعة ستانفورد وجامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو أربع أوراق بحثية في نفس الوقت سابقة بمعنى البيئةR1 في عدد نوفمبر 1972 من وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS): مورو آند بيرج ، وميرتس وديفيز ، وسجاراميلا ، وهيدجبيث ، وجودمان ، وبوير.


نواقل الاستنساخ المستخدمة في تقنية الحمض النووي المؤتلف: 3 نواقل استنساخ

تحمل النواقل القائمة على البلازميد المستخدمة في استنساخ جزيئات الحمض النووي عمومًا ما يصل إلى 10 كيلو بايت من الحمض النووي المُدخَل. ومع ذلك ، من أجل تكوين المكتبة ، غالبًا ما يكون من المفيد أن تكون قادرًا على الاحتفاظ بقطع أكبر من الحمض النووي. لهذا السبب ، تم تطوير فيروس الإشريكية القولونية (Bacteriophage ، Phage) lambda () كوسيلة للاستنساخ. في دورة حياتها ، تصيب العاثية بكتيريا E. coli وبعد حقن الحمض النووي الفيروسي ، يوجد احتمالان.

يمكن أن تدخل البكتيريا Bacteriophage في دورة lytic ، والتي تؤدي بعد 20 دقيقة إلى تحلل الخلايا المضيفة وإطلاق حوالي 100 جسيم فج. بدلاً من ذلك ، يمكن دمج دنا العاثيات المحقون في كروموسوم الإشريكية القولونية (DNA) كقوة وقائية ويمكن الحفاظ عليها إلى أجل غير مسمى (مرحلة Lysogeny).

ومع ذلك ، في ظل ظروف الإجهاد التغذوي أو البيئي ، يمكن استئصال عاثية العاثية المتكاملة λ DNA ودخولها في دورة lytic. يبلغ طول DNA البكتيريا λ حوالي 50 كيلو بايت ، منها 20 كيلو بايت تقريبًا ضرورية لأحداث استئصال التكامل (I / E). لتشكيل مكتبات الجينوم ، يمكن استبدال 20 كيلو بايت من الحمض النووي بـ 20 كيلو بايت من الحمض النووي المستنسخ.

نواقل الاستنساخ على أساس Bacteriophage Lambda (λ):

تم إنشاء مشتقات جينوم lambda للجراثيم لتكون بمثابة نواقل استنساخ. يتم استخدام ترنسفكأيشن أو التنبيغ لإدخال مثل هذه النواقل في الإشريكية القولونية.

خاصيتان لجينوم لامدا تجعله مناسبًا للاستخدام كناقل:

1. حوالي 50٪ فقط من الجينات الخمسين من لامدا ضرورية لتكرارها ولتحليل الخلية المضيفة. توجد معظم هذه الجينات غير الأساسية معًا في كتلة حول منتصف الجينوم.

2. يتم تعبئة جينوم Lambda داخل رأس الملتهمة بواسطة ما يعرف بآلية & # 8216head-full & # 8217. هذا يعني أنه ليس هناك حد أعلى لكمية الحمض النووي التي يتم تعبئتها داخل رأس الملتهمة فحسب ، بل يوجد حد أدنى أيضًا. لا يحدث التغليف الفعال إلا عند وجود حد أدنى من الحمض النووي ، أي 35 كيلو بايت (كيلو = ألف قاعدة).

تتكون العاثية المعدية λ من ذيل بروتين أنبوبي مع عدد قليل من ألياف الذيل ورأس بروتين. يعتبر إنتاج وتجميع الرؤوس والذيل وتغليف الحمض النووي تسلسلًا منسقًا للغاية للأحداث. الحمض النووي الموجود داخل رأس الملتهمة هو جزيء خطي سعة 50 كيلو بايت بامتداد ذو 12 قاعدة أحادية الجديلة في نهاية 5 & # 8242. تسمى هذه الامتدادات نهايات متماسكة (cos) ، لأنها تحتوي على متواليات مكملة لبعضها البعض.

في E. coli ، نهايات cos زوج القاعدة لتشكيل DNA دائري. يخلق تكرار الحمض النووي من الحمض النووي الدائري شكلًا خطيًا من λ DNA يتكون من عدة أطوال متجاورة تبلغ 50 كيلو بايت وحدة. تمتلئ كل مجموعة جديدة بـ 50 كيلو بايت من DNA (الشكل 14.3).

إدخال نوع Lambda (λ) ثلاثة أبعاد:

وبالتالي يمكن إنشاء ناقل استنساخ لامدا عن طريق الحذف (في الجسم الحي أو في المختبر عن طريق حذف التقييد) لجزء من المنطقة غير الأساسية بحيث لا يقل الباقي عن 35 كيلو بايت. يتم أيضًا إدخال طفرات أخرى بحيث يتم القضاء على مواقع التقييد في مناطق الأعداء. يمكن استنساخ جزء من الحمض النووي الغريب في موقع تقييد فريد في المنطقة غير الأساسية ، والشرط الوحيد هو ألا يزيد طول المتجه والإدخال معًا عن 53 كيلو بايت. تسمى هذه النواقل & # 8220 ناقلات الإدراج & # 8221.

بعض نواقل شارون هي أمثلة على هذا النوع من النواقل. يحتوي ناقل استنساخ Bacteriophage X على موقعين من Bam HI يحيطان بمنطقة I / E. عندما يتم قطع هذا الحمض النووي باستخدام Bam HI ، يتم إنتاج ثلاثة أجزاء. منطقة الجزء الأوسط I / E ، والتي يتم استبدالها بحمض نووي مستنسخ بحجم 20 كيلو بايت. يتم قطع المصدر باستخدام Bam HI ، ويتم عزل قطع الحمض النووي التي يتراوح طولها من 15 إلى 20 كيلو بايت. يتم الجمع بين عيّنتي الحمض النووي (الملتهمة والمصدر) واحتضانهما باستخدام ليجاس T4 DNA.

ثم تضاف رؤوس الجراثيم الفارغة وأجزاء الذيل. في ظل هذه الظروف ، يتم تعبئة 50 كيلو بايت من وحدة الحمض النووي في الرؤوس ، ويتم إنتاج العاثيات المعدية. لا يمكن تعبئة المنتجات الأخرى من تفاعل الربط ، لأنها إما كبيرة جدًا (& gt52 kb) أو صغيرة جدًا (& gt38 kb). يمكن أن تخضع العاثية المؤتلفة λ لدورة تحليلية فقط في سلالة الإشريكية القولونية التي لا تسمح بالعاثية المعاد تكوينها λ (غير المؤتلف) مع مناطق I / E السليمة بالنمو.

يتم الحفاظ على الملتهمة المؤتلفة من خلال الدورات التحليلية في مزارع الإشريكية القولونية الطازجة. يمكن فحص مكتبات الجراثيم باستخدام إما تحقيقات الحمض النووي أو المقايسات المناعية. لهذا الغرض ، يتم اختبار مناطق التحلل الفردية (مقارنة بالمستعمرات البكتيرية في عوامل استنساخ البلازميد).

نوع الاستبدال Lambda (λ) المتجه:

النوع الثاني من متجه lambda هو من النوع البديل ، والمثال هو متجهات lambda gt ومتجهات EMBL. تحتوي هذه النواقل على موقعين Eco R1 أو موقعين من BamHI في المنطقة غير الأساسية.

عند الهضم باستخدام Eco Rl ، يتم إنتاج ثلاث قطع على الأقل ، قطعتان طرفيتان تحتويان على المناطق الأساسية والقطعة (القطع) المركزية التي تحتوي على الجينات غير الأساسية.

يتم فصل القطعة (القطع) المركزية عن طريق الترسيب المتدرج لكثافة السكروز واستبدالها بالجزء الأجنبي المراد استنساخه. حدود حجم الحمض النووي الغريب الذي يمكن استنساخه في متجه lambda gt هو 1-14 كيلو بايت وفي متجه Charon 4 هو 8.2-22.2 كيلو بايت.

يتمتع ناقل الاستنساخ البديل هذا بميزة على نواقل الإدراج. القطع الطرفية من تلقاء نفسها إذا انضمت بواسطة DNA ligase ، لا تشكل 35 كيلو بايت وبالتالي لا يمكن تعبئتها. تحدث التعبئة فقط عندما يتم استنساخ جزء من الحمض النووي الغريب بين القطعتين الطرفيتين للناقل ، وبالتالي لا يلزم اختيار منفصل لجزيئات إعادة التركيب.

اكتب # 2. Phagemids كنواقل استنساخ:

Phagemids هي هجين من البلازميد و coliphage الخيطي الذي يمكن نشره في أي من الشكلين. يمكن أن تكون البكتيريا الملوثة إما من العاثيات الثلاثة المتطابقة تقريبًا ، M13 fd أو f1. هذه عاثيات خاصة بالذكور تحتوي على دنا دائري واحد مجدول كجينوم خاص بهم. عند الإصابة بالبكتيريا الإشريكية القولونية بواسطة العاثية ، يتم تشكيل الحمض النووي المزدوج الذي تقطعت به السبل أولاً باعتباره الوسيط التكاثري.

أخيرًا يتم حزم الحمض النووي المفرد الذي تقطعت به السبل في الفيريون. تم دمج كل من أصول النسخ المتماثل للبلازميد و coliphage في phagemid. ومع ذلك ، فإن وظائف النسخ المتماثل المساعدة اللازمة في العابرة لتكرار coliphage لا يتم دمجها في phagemid. ومن ثم ، يمكن أن يحدث النسخ المتماثل من أصل coliphage فقط في وجود الملتهمة المساعدة.

خلاف ذلك ، يحدث النسخ المتماثل من أصل تكرار البلازميد. phagemids pBLUESCRIPT لها كل من Col E ، (pMB 9 like) الأصل والأصل الخيطي phage f1. يتم الاستنساخ في أي من مواقع الاستنساخ المتعددة في الحمض النووي الدائري المزدوج الذي تقطعت به السبل للشكل البلازميدي للناقل. يتم إدخال هذا في الإشريكية القولونية عن طريق التحول ويتم تحفيز تخليق الحمض النووي المفرد الذي تقطعت به السبل من أصل العاثيات عن طريق العدوى الفائقة بالعاثية المساعدة.

يتم تعبئة الحمض النووي المفرد الذي تقطعت به السبل المتكون في قضبان الملتهمة بسبب وجود إشارات تعبئة العاثيات أيضًا في phagemid. يمكن إجراء التسلسل الأساسي المباشر باستخدام الحمض النووي المفرد الذي تقطعت به السبل والمعزول من الفيروسات المفرزة من خلايا الإشريكية القولونية.

اعتمادًا على اتجاه أصل النسخ المتماثل f1 في phagemid ، يتم تكرار الخيط (+) أو الخيط (-) من phagemid في وجود العاثية المساعدة. تشبه phagemids pEMBL phagemids pBLUESCRIPT.

تم أيضًا تطوير Phagemids التي لها أصل تكرار لبلازميدات pUC ولعاثمة M13 وهي متوفرة تحت الاسم التجاري لناقلات LITMUS. النسخ المتماثل في شكل دائري مزدوج تقطعت بهم السبل البلازميد يستخدم أصل النسخ المتماثل pUC.

يتم الاستنساخ في مواقع الاستنساخ المتعددة الموجودة في جين lacZ ويتوفر الاختيار الأزرق / الأبيض المعتاد. هنا أيضًا يتم إحداث تكرار لشكل الحمض النووي للعاثية المفردة التي تقطعت بها السبل عن طريق العدوى الفائقة بالعاثية المساعدة M13.

اكتب رقم 3. الكوسميدات كنواقل استنساخ:

نواقل البلازميد ليست مناسبة لاستنساخ شظايا الحمض النووي التي تكون أكبر بكثير من حجمها ، حيث أن تردد التحويل يتجاوز الحدود المقبولة والشظايا المستنسخة أو يتم حذف أجزائها في كثير من الأحيان. لاحظ تاكاجي وزملاؤه في وقت مبكر من عام 1976 أن وجود الموقع النهائي المتماسك cos λ من DNA lambda لعاثيات البكتيريا في البلازميد يسمح بتعبئتها في الجسم الحي في جزيئات الفيروس. كان الاكتشاف المثير للاهتمام هو أن آلية التغليف في الجسم الحي ستختار جزيئات الحمض النووي بالحجم الكامل لجينوم لامدا (

بالاستفادة من هذه النتيجة ، تم تطوير ناقلات كوزميد لأول مرة في عام 1978 بواسطة J. Collins وزملاؤه لتسهيل استنساخ شظايا DNA الأكبر في البلازميدات. تم استخدام مقتطفات من lysogens lambda بنجاح في التعبئة المختبرية لكبسولات lambda. مثال على cosmid شائع الاستخدام هو pHV79 وهو ليس سوى pBR322 الذي يحتوي على موقع النهاية المتماسك cos λ والذي يمكن أن يستوعب حتى 45 كيلو بايت إدخالات.

ميزة كبيرة لمثل هذا المتجه الكوني هي:

(1) مكتبات الجينات التي تتكون من عدد أقل من الأعضاء المستنسخة يمكن أن تمتد على الجينوم الكامل للكائن الحي. على سبيل المثال ، يمكن استيعاب جينوم الإشريكية القولونية في 120 كوزميدًا فقط.

(2) من المزايا الأخرى أنه يمكن دراسة الجينات الكبيرة بشكل سليم ويمكن إجراء دراسات الارتباط الجيني على المستوى الجزيئي.

(3) من المزايا العملية المهمة لل cosmid أن جزيئات الخلفية التي لا تحتوي على دراسات الارتباط الجيني السليمة يمكن إجراؤها على المستوى الجزيئي.

(4) ميزة عملية مهمة لل cosmid هي أن جزيئات الخلفية التي لا تحتوي على إدخالات أو تحتوي على إدخالات أصغر يتم التخلص منها أثناء التعبئة. لا يمكن تحقيق ذلك مع نواقل استنساخ البلازميد.

(5) إلى جانب ذلك ، فإن تواتر تحويل كابسيدات لامدا مع مستخلص تغليف في المختبر أعلى بكثير من تكرار تحويل البلازميدات.

يمكن أن تحمل نواقل الاستنساخ الكونية 40 كيلو بايت من الحمض النووي المستنسخ ويمكن الاحتفاظ بها كبلازميدات في الإشريكية القولونية. تجمع الكوسميدات بين خصائص البلازميدات وناقلات البكتيريا. يحتوي cosmid pLFR-5 الشائع الاستخدام (بحجم 6 كيلوبايت) على موقعين كوسميين (نهايات كوس) من العاثية مفصولة بموقع نوكلياز داخلي لتقييد Sea I ، وهو تسلسل استنساخ متعدد مع ستة مواقع فريدة (Hind III ، PstI ، Sail ، BamHI ، SmaI ، و EcoRI) ، وهو أصل تكرار الحمض النووي (أوري) ومقاومة التتراسيكلين (جيت) الجين. يحمل هذا الكون حوالي 40 كيلو بايت من الحمض النووي المستنسخ.

بالنسبة لهذا المتجه ، تتم تنقية قطع الحمض النووي التي يبلغ طولها حوالي 40 كيلو بايت عن طريق تكوين تدرج كثافة السكروز من الهضم الجزئي للحمض النووي المصدر باستخدام Bam HI. يتم شق الحمض النووي لـ pFLR-5 أولاً باستخدام الختم ثم باستخدام Bam HI. يتم خلط عينات الحمض النووي اثنين وربطها. ستحتوي بعض منتجات ligand على قطعة DNA بحجم 40 كيلو بايت يتم إدخالها بين الشظيتين المشتقتين من هضم الحمض النووي pLFR-5.

سيكون طول الجزيئات المتكونة عن طريق الانضمام حوالي 50 كيلو بايت ، مع تسلسل جيب التمام التي تفصل بينها حوالي 50 كيلو بايت. لذلك ، يمكن حزم بنيات الحمض النووي هذه بنجاح في رؤوس عاثيات في المختبر (كما هو موضح أعلاه ، يستوعب رأس الملتهمة 50 كيلو بايت فقط من الحمض النووي). بعد تكوين الملتهمة الكاملة ، يتم نقل الحمض النووي عن طريق العدوى إلى الإشريكية القولونية.

أثناء تعبئة العاثيات ، يتم قطع أطراف كوس. بمجرد دخول البكتيريا ، ينتهي cos زوج القاعدة ويشكل جزيئات DNA دائرية (الشكل 14.4). هذا الشكل الدائري مستقر ، لذا يمكن الحفاظ على الحمض النووي المستنسخ كبناء DNA لإدخال البلازميد لأن المتجه يحتوي على مجموعة كاملة من وظائف البلازميد. علاوة على ذلك ، فإن الجين المقاوم للتتراسيكلين يسمح للمستعمرات التي تحمل الكوسميد بالنمو في وجود خلايا التتراسيكلين غير المحولة التي تكون حساسة للتتراسيكلين وتموت.

فيما يلي خطوات بناء مكتبة كوزميد:

(ط) انشقاق الجينوم عن طريق الهضم الجزئي مع نوكلياز داخلي مقيد ،

(2) تحجيم الشظايا عن طريق الرحلان الكهربائي للهلام أو الطرد المركزي بالسرعة

(3) انشقاق ناقل cosmid والمعالجة بالفوسفات لتقليل تكوين البوليكوميد

(4) ربط الحمض النووي الجيني والحمض النووي الكوسميدي

(5) تغليف الحمض النووي المربوط في جزيئات الملتهمة المعدية

(السادس) التحول إلى الإشريكية القولونية.

لذلك ، من الواضح أن النواقل المختلفة لها قدرة مختلفة على حمل الحمض النووي الأجنبي (الجدول 14.2).


خصوبة

تُستخدم تقنية الحمض النووي المؤتلف لإنتاج هرمونات للنساء اللواتي يعانين من مشاكل في الخصوبة. الهرمون المنبه للجريب البشري المؤتلف (r-hFSH) ، وهرمون اللوتنة المؤتلف (r-hLH) والغدد التناسلية المشيمية البشرية المؤتلفة (r-hCG) كلها هرمونات تسهل الأداء السليم للإباضة والنضج الجرابي الضروري لنجاح الإخصاب. على عكس الطرق السابقة لإنتاج الهرمونات ، ستحقق تقنية الحمض النووي المؤتلف فعالية أعلى ، وسهولة الوصول ، وعلاجات عقم أكثر أمانًا وأقل توغلاً.


عندما يتعلق الأمر بإصلاح الحمض النووي ، فهي ليست أداة واحدة تناسب الجميع

تنقسم خلايانا باستمرار ، وبينما يحدث ذلك ، ينكسر جزيء الحمض النووي - شفرتنا الجينية - أحيانًا. يحتوي الحمض النووي على خيوط مزدوجة ، ويعتبر كسر كل منهما أمرًا خطيرًا بشكل خاص. قال جيمس دالي ، دكتوراه ، من كلية لونج للطب في مركز العلوم الصحية بجامعة تكساس في سان أنطونيو ، إن هذا النوع من الانكسار المزدوج يمكن أن يؤدي إلى إعادة ترتيب الجينوم الذي يمثل السمات المميزة للخلايا السرطانية.

د. دالي هو المؤلف الأول لبحث نُشر في 18 يونيو في المجلة اتصالات الطبيعة ، يلقي الضوء على عملية إصلاح كسر الخيط المزدوج تسمى إعادة التركيب المتماثل. انضم إلى المؤلفين الكبار باتريك سونج ودفيل وسانديب بورما الحائز على درجة الدكتوراه وغيرهم من المتعاونين ، وجد الدكتور دالي أنه من بين مجموعة من الآليات التي تبدأ إعادة التركيب المتماثل ، كل واحدة مختلفة تمامًا. يبدأ إعادة التركيب المتماثل من خلال عملية تسمى استئصال نهاية الحمض النووي حيث يتم مضغ أحد خيطي الحمض النووي عند الانقطاع عن طريق إنزيمات الاستئصال.

قال الدكتور دالي: "المثير في هذا العمل أنه يجيب على لغز قديم بين العلماء". "منذ عقد من الزمن ، عرفنا أن إنزيمات الاستئصال هي في طليعة إعادة التركيب المتماثل. ما لم نكن نعرفه هو سبب مشاركة الكثير من هذه الإنزيمات ، ولماذا نحتاج إلى ثلاثة أو أربعة إنزيمات مختلفة يبدو أنها تؤدي نفس المهمة في إصلاح الفواصل المزدوجة ".

مجموعة من الأدوات ، كل واحدة مضبوطة بدقة

قال الدكتور سونغ ، الذي يشغل كرسي روبرت أ. "دراستنا مهمة في إظهار أن التكرار الملحوظ هو في الحقيقة مفهوم غير عادي للغاية."

تظهر النتائج أن مسارات استئصال الحمض النووي هي في الواقع محددة للغاية.

قال الدكتور سونغ: "إنه مثل ميكانيكي محرك لديه مجموعة من الأدوات تحت تصرفه". "تعتمد الأداة التي يستخدمها على المشكلة التي تحتاج إلى إصلاح. على غرار الموضة ، تم تصميم كل أداة لإصلاح الحمض النووي في خلايانا لإصلاح نوع مميز من الانقطاع في حمضنا النووي."

درس فريق البحث الفواصل المعقدة التي تتميز بفواصل مزدوجة مع أنواع أخرى من تلف الحمض النووي القريبة - مثل هذه الفواصل المعقدة أكثر صلة من الناحية الفسيولوجية ، كما قال الدكتور دالي. قال إن الدراسات في مجال إصلاح الحمض النووي عادة ما تميل إلى النظر في نسخ أبسط من الفواصل المزدوجة. وجد الدكتور دالي أن كل إنزيم استئصال مصمم خصيصًا للتعامل مع نوع معين من الكسر المعقد ، وهو ما يفسر تطور مجموعة أدوات متنوعة من إنزيمات الاستئصال على مدى آلاف السنين.

تداعيات السرطان

قال الدكتور بورما ، رئيس مؤسسة ميس فاميلي المتميز في علم الأورام في مركز يو تي هيلث سان أنطونيو إم دي أندرسون للسرطان ، إن المفاهيم الأساسية المستقاة من هذا البحث يمكن أن تؤدي يومًا ما إلى تحسين علاجات السرطان.

قال الدكتور بورما: "إن الآثار العلاجية للسرطان هائلة". "يأتي هذا البحث الذي أجراه فريقنا في الوقت المناسب لأن نوعًا جديدًا من العلاج الإشعاعي ، يسمى العلاج بأيون الكربون ، يتم النظر فيه الآن في الولايات المتحدة. بينما يستهدف هذا العلاج بشكل أكثر دقة الأورام ، فمن المحتمل أن يتسبب هذا العلاج في إحداث نوع من التلف المعقد للحمض النووي. التي درسناها. إن فهم كيفية إصلاح إنزيمات معينة للضرر المعقد يمكن أن يؤدي إلى استراتيجيات لزيادة فعالية علاج السرطان بشكل كبير. "

تم تمويل جزء من البحث من قبل وكالة ناسا. قال الدكتور بورما: "هذه الأنواع من فواصل الحمض النووي المعقدة ناتجة أيضًا عن إشعاع الفضاء". "لذلك ، فإن البحث لا يتعلق فقط بعلاج السرطان ، ولكن أيضًا لمخاطر الإصابة بالسرطان الملازمة لاستكشاف الفضاء."


دور إنزيم نوكلياز التقييد | علم الوراثة

تحدث إنزيمات نوكلياز المقيدة بشكل طبيعي في البكتيريا كسلاح كيميائي ضد الفيروسات الغازية. لقد قطعوا كلا خيوط الحمض النووي عند إدخال بعض النيوكليوتيدات الأجنبية في الخلية. تكسر نوكليازات خيوط الحمض النووي في المواقع الداخلية بطريقة عشوائية.

أنواع إنزيمات التقييد:

1. إنزيم التقييد من النوع الأول:

تتفاعل هذه الإنزيمات مع تسلسل التعرف غير المعدل في الحمض النووي المزدوج الشريطة ثم تلتصق بجزيء الحمض النووي الطويل. بعد السفر لمسافة تتراوح بين 1000 إلى 5000 نيوكليوتيد ، تشق الإنزيمات خيطًا واحدًا فقط من الحمض النووي في موقع يبدو عشوائيًا ، وتخلق فجوة يبلغ طولها حوالي 75 نيوكليوتيد.

يتم تحرير أليغنوكليوتيدات قابلة للذوبان في الحمض التي تمت إزالتها من الفجوة. هناك حاجة إلى جزيء إنزيم ثان لشق الخيط المتبقي من الحمض النووي. العوامل المساعدة للإنزيم هي Mg 2+ أيونات ، ATP و S-adenosyl- ميثيونين. هذا النوع من الإنزيم غير مفيد للهندسة الوراثية ، لأن مواقع انشقاقه غير محددة.

يمكن أن يحمل إنزيم التقييد من النوع الأول في نفس الوقت موقعين مختلفين على الحمض النووي مما يخلق حلقة في الحمض النووي. يتكون هذا الإنزيم من ثلاثة أنواع من الوحدات الفرعية. إنزيم Eco K ، على سبيل المثال ، له البنية R2م2س.

الوحدة الفرعية R مسؤولة عن التقييد والوحدة الفرعية M للمثيلة. يمكن أن ينجح ارتباط الإنزيم بالحمض النووي إما عن طريق التقييد أو التعديل وتتميز هذه الخاصية بالوحدة الفرعية S.

2. إنزيم التقييد من النوع الثاني:

تتعرف هذه الإنزيمات على تسلسل مستهدف معين في جزيء DNA مزدوج الشريطة. إنهم يشقون سلسلة عديد النوكليوتيد داخل هذا التسلسل أو بالقرب منه لإحداث أجزاء مميزة من الحمض النووي بطول وتسلسل محددين. تتطلب أيونات Mg 2+ للإجراء (أي التقييد). تستخدم إنزيمات النوع الثاني في دراسات التلاعب بالجينات.

3. إنزيم التقييد من النوع الثالث:

تشق هذه الإنزيمات الحمض النووي مزدوج الشريطة في مواقع محددة جيدًا. إنها تتطلب أيونات ATP و Mg 2+ ولها متطلبات جزئية للغاية من S-adenosyl-methionine للتقييد. لديهم خصائص وسيطة بين النوع الأول والنوع الثاني من REs.

تسمية إنزيمات نوكلياز تقييدية:

تم عزل حوالي 350 نوعًا من نوكليازات تقييدية من أكثر من 200 سلالة بكتيرية. يتطلب عدد كبير من هذه الإنزيمات نظام تسمية موحدة. تم اتباع نظام قائم على مقترحات Smith and Nathans (1973) في الغالب.

تعتمد ممارسة تسمية إنزيمات RE على القواعد التالية:

1. يتم تسمية كل إنزيم RE برمز مكون من ثلاثة أحرف.

2. الحرف الأول من هذا الرمز مشتق من العنوان الأول (الحرف الأول من الاسم) من اسم الجنس. تتم طباعته بخط مائل.

3. الحرفان الثاني والثالث من أول حرفين من اسم النوع. كما أنها مطبوعة بخط مائل.

4. هذا متبوع برقم السلالة. إذا كانت سلالة معينة تحتوي على أكثر من إنزيم تقييد واحد ، فسيتم تحديدها بواسطة الأرقام الرومانية مثل I ، II ، III ، إلخ.

على سبيل المثال ، تم عزل الإنزيم Eco RI من بكتيريا Escherichia (E) coli (co) سلالة RY13 (R) وكان أول نوكلياز داخلي (I). يشير R أيضًا إلى بلازميد البكتيريا المقاوم للمضادات الحيوية. وبالمثل ، هند 2 من طريق سلالة المستدمية النزلية و Bgl I من Bacillus globigii. يتم إعطاء عدد قليل من إنزيمات نوكلياز التقييد ومصادرها في الجدول 55.3.

الهدف مواقع تقييد إنزيمات نوكلياز داخلية:

يتعرف إنزيم نوكلياز مقيد من النوع H على موقع تمييز محدد (تسلسل أساسي) على الحمض النووي ويجعل قطعًا في هذا الموقع فقط. يتراوح طول هذه المواقع المستهدفة من 4 إلى 6 نيوكليوتيدات (الشكل 55.3).

They exhibit palindromic symmetry, i.e., nucleotide pair sequences are same reading forward or backward from a central axis of symmetry, like the nonsense phrase-AND ‘MADAM DNA’.

The term palindromic has also been applied to sequences such as:

both of which are palindromic strands.

X-ray crystallography of RE enzyme-DNA complex indicate that endonuciease acts as a dimer of identical subunits and that the palindromic nature of target sequence reflects the two fold rotational symmetry of the dimeric protein.

Nature of Cut Ends:

Two types of cut ends of DNA, namely blunt or flush ends and sticky or cohesive ends, are produced by the restriction endonuclease s. The nature of these cut ends generated by the REs are very important in designing the gene cloning experiments.

In case of the blunt cut end, the enzyme (e.g., Haelll, Smal) makes a simple double-stranded cut in the middle of the recognition sequence. Thus the blunt ends or flush ends are formed. The RE Hae III makes a cut in the 5′-GGCC-3′ target site as shown in Fig. 55.3.

The utility of generation of blunt end cuts during the joining of DNA fragments is that any pair of ends may be joined together irrespective of sequence. This is especially useful for those researchers who are interested to join two defined sequences without introducing any additional material between them. Table 55.4 shows certain blunt-end restriction sites.

2. Sticky-or Cohesive ends:

Many restriction enzymes (e.g., Eco RI, Bam HI, and Hind III) make staggered, single-stranded cuts, producing short single-stranded projections at each end of the cleaved DNA, called sticky ends.

Since the restriction sites are symmetrical, so that both strands have the same sequence when read in the 5′ to 3′ direction. Thus, such staggered cuts will generate identical single-stranded projections on the either site of the cut (Fig. 55.4).

These ends are not only identical, but complementary, and will base pair with each other they are therefore, known as cohesive or sticky ends. Because of specificity of restriction enzymes, every copy of a given DNA molecule will give the same set of fragments when cleaved with a particular enzyme.

Different DNA molecules will in general, give different sets of fragments when treated with the same enzyme. The table 55.5 shows sticky or cohesive-end restriction enzymes and sites:

Host Controlled Restriction and Modification:

Certain strains of bacteria are immune to bacteriophages. This phenomenon is called host controlled restriction. This restriction is due to these restriction endonuclease enzymes (e.g., Eco RI) which could recognise and split specific loci in the foreign DNA. Thus these enzymes prevent or restrict the survival of foreign DNA in the host. This is analogous to an immune system.

All restriction sites in host chromosome of a bacterium are protected from its own restriction endonuclease enzyme due to a modification system. This system helps in preventing suicidal self-degradation.

Such modification occurs by methylation of specific bases in the recognition sequence of the endonuclease. The enzymes involved in such modification are called methyltransferases.

These enzymes methylate adenine (i.e., adds a methyl group to the base) in the N6 position and cytosine either in N5 or W position and produce 6 methyl adenine and 5 or 4 methyl cytosine respectively.

Unmodified foreign DNA entering the cell is degraded by the host restriction system. As both the enzymes, i.e., methyltransferases and endonucleases recognise the restriction site, they are together called as restriction and modification system.

Star Activity:

Various REs show , the star activity when they exhibit relaxation in specificity of sequence under non-optimal conditions. In such condition, endonuclease enzymes even recognise other alternative base instead of a specific base.

The following factors are known to alter the DNA recognition sequence for several to alter the DNA recognition sequence for several endonuclease enzymes: non-ideal strength buffers, high glycerol concentration (more than 5% vv) and high enzyme concentration.

Isoschizomers:

Isoschizomers are restriction endonuclease enzymes which are isolated from different organisms but recognize identical base sequences in the DNA. For example, Asp 718 and Kpn I have identical recognition sites-

Source of Asp718 is Achromobacter species 718 source of Kpn I is Klebsiella pneumoniae OK 8. Some pairs of isochizomers cut their target at different places (e.g., Sma I, Xma I).

Use of Restriction Endonuclease Enzymes in Genetic Engineering:

In gene cloning experiments, DNA molecules have to be cut in a very precise and reproducible manner. Restriction endonuclease enzymes play an important role in cutting the desired gene as well as cleaving the vector.

The required DNA fragment from a large DNA molecule should be cleaved in a precise manner for further genetic manipulations. A particular restriction endonuclease enzyme can recognize and bind to specific base sequence of the DNA and then will cleave it. It is highly reproducible and can be programmed according to DNA sequences of required gene and particular endonuclease enzymes identifying and cleaving it.

2. Cutting the vectors:

The function of a vector DNA molecule is to carry a gene of interest to a second organism where it can express it (i.e., can produce a gene specific product). During this technique the DNA to be cloned is integrated with the plasmid.

Hence each vector molecule should be cleaved with same restriction site at a single position to open the circular form so that the new DNA fragment can be inserted at these complementary sites.

If foreign DNA is introduced into E. coli host, it may be attacked by restriction endonucleases active in a host cell. Because restriction phenomenon provides a natural defence against invasion by foreign DNA, it is usual to employ a K restriction deficient E. coli K12 strain as a host in transformation with newly created recombinant DNA molecules. This will eliminate the chance that the incoming sequence will be restricted.


Were Ancient Humans Healthier Than Us?

A curious thing happened when researchers at Georgia Tech used modern human genome sequences to look back at the possible health of our long-ago ancestors &ndash they found that while the Neanderthals and Denisovans of 30,000 to 50,000 years ago seemed to have been genetically sicker than us, &ldquorecent ancients&rdquo from a few thousand years ago may actually have been healthier. Their paper, &ldquoThe Genomic Health of Ancient Hominins,&rdquo is published in علم الأحياء البشري.

How could that be? Perhaps drugs and procedures that enable us to live with certain conditions also perpetuate gene variants that would otherwise sicken us enough to not reproduce. We pass on those genes and inexorably weaken our global gene pool.

A cheetah with hereditary visual impairment would be weeded out, outrun and not likely to leave offspring. But we humans just use corrective lenses and have kids.

We&rsquove come a long way from imagining what life must have been like for ancient humans from just rare teeth and bits of bone. Now sequenced genomes from a sliver of a Denisovan pinkie, from Neanderthal skeletons, and from several sampled tissues of Ötzi the Tyrolean ice man, offer glimpses of past health. Had arrows and wounds not done in Ötzi 5300 years ago, his inherited heart disease might have. He also had brown eyes and type O blood, and would have been lactose intolerant if he&rsquod eaten dairy. Lactose intolerance is the wild type ancestral condition, which didn&rsquot begin to be selected against until adults started consuming nonhuman milk products and suffering cramps.

Joe Lachance, Ali J. Berens, and Taylor L. Cooper of Georgia Tech started out with 449 genome sequences from individuals who&rsquod lived at various times from 430 to 50,000 years ago. The trio compared the ancient genome sequences to a compendium of 3,180 gene variants associated with specific diseases today, ignoring trivial traits and genes carried on the X or Y chromosome. Then they selected the 147 genomes that had more than 50% of the risk gene variants to further analyze. They focused mostly on individuals who lived 2,000 to 9,000 years ago, and categorized each as from a hunter-gatherer, a farmer, or a pastoralist (someone who raises sheep or cattle).

A similar study, one of my favorites, compared Neanderthal DNA sequences to electronic health records from 28,000 modern Europeans. It added to the list of predispositions that Neanderthals might have faced: depression, skin lesions, urinary tract infections, and tobacco addiction.

The Georgia Tech researchers used an overall genetic risk score (GRS) as well as 9 specific disease categories.

The GRS included all 3,180 gene variants weighted for the magnitude of their effects. In determining cholesterol level in the blood, for example, some gene variants have enormous effects, such as the mutation that causes familial hypercholesterolemia, and others not so much. The GRS paints a portrait of risk, not necessarily actual diseases.

A high GRS is bad. A value of 82, for example, means the person would have been at greater risk to get sick from risk genes than 82% of modern humans. &ldquoHow this percentile maps to actual disease risks is likely to be trait-specific. For example, you might only be high risk for a disease if you are above the 90th percentile (think of a liability threshold), with only minimal differences in risk between individuals who are at the 25th and 50th percentiles,&rdquo said Dr. Lachance.

The 9 disease categories were allergy/autoimmune, cancer, cardiovascular disease, dental/periodontal, gastrointestinal/liver, metabolic/weight, miscellaneous, morphological/muscle, and neurological/psychological.

The analysis revealed several apparent trends:

&bull Pastoralists had &ldquoextremely healthy genomes&rdquo for allergy/autoimmunity, cancer, gastrointestinal ills, and dental health. Farmers and hunter-gatherers were less healthy but about even. Dr. Lachance can&rsquot explain this finding, but suggests that the better health of those who work with cattle and sheep may have been due to exposure to different environments, perhaps like today farm kids have fewer allergies than kids raised in cities.

&bull Ancient people who lived in the north were healthier. They had better teeth and less cancer.

&bull The most ancient individuals were less likely to have been predisposed to cancer and neurological/psychological conditions. Maybe they didn&rsquot live long enough to develop cancer or neurological disorders, and therapist records from thousands of years ago are scarce.

&bull Farmers had the worst teeth. Was it due to the residents of the dental plaque microbiome that formed in response to mashing all those new carbs from grains?

A particularly decrepit specimen was the famed Altai Neanderthal, who lived 50,000 to 100,000 years ago in the Altai mountains of Siberia. Her genome indicates that her parents were siblings, which must have been common when humanity struggled to survive in isolated caves. She had &ldquopoor genomic health&rdquo and a GRS of a whopping 97%, with genetic signposts of cancer, digestive and metabolic issues, muscle problems, and immune problems. But she had lower risk of cardiovascular disease.

The new work also fleshes out Ötzi: he had gastrointestinal problems and was prone to infection, but was neurologically intact.

A huge caveat to the study is the use of modern genomes as a point of comparison, which was necessary because ancient ones tend to be fragmented in different places. But incomplete evidence was a challenge even when all we had was fossil evidence. Remember the old view of Neanderthals as brown-haired brutes? Thanks to DNA analysis we now know that some of them were redheads.

The range of genetic risk scores among ancient and modern genomes is about the same, but overall genomic health seems to have improved. That could be due to context.

&ldquoIt&rsquos important to consider how well an individual&rsquos genome is suited for the present environment,&rdquo Dr. Lachance told me, like the effects of a dairy diet on whether or not lactose intolerance becomes noticeable enough to affect reproduction, the currency of evolution. Imagine using a time machine to send someone today back to the distant past, where vision goes uncorrected, influenza is deadly, and tendency to bleed too easily or not fast enough is life-threatening. Gene function always filters through the lens of the environment.

Maybe the blame can&rsquot be placed on our treating diseases that have genetic components to explain why recent ancients may have been healthier. Study design may be a simpler explanation for why the genomes from people who lived a few thousand years ago have a median GRS below 50%, and were therefore seemingly healthier than us. The study looked only at those above 50% &ndash 302 of the 449 ancient genomes fell below that mark.

Consider this: Gene variants that elevated risks of certain diseases, or mutations that actually caused them, might have been stripped from the ancient populations as affected people were too sick to have children, so they wouldn&rsquot even يكون in the modern genomes to which the older ones were compared. And the healthy pastoralists might have been a sampling error &ndash they contributed only 19 of the 147 genomes.

Dr. Lachance thinks the second possibility &ndash inability to compare full genomes from thousands of years ago to modern ones &ndash the more likely explanation. The truth is out there, but it&rsquoll take more experiments and data to illuminate it.


شاهد الفيديو: تركيب الحمض النووى DNA للثانوبة العامة (شهر فبراير 2023).