معلومة

كيف يحدد علماء الأحياء الجزيئية المسارات البيوكيميائية؟

كيف يحدد علماء الأحياء الجزيئية المسارات البيوكيميائية؟


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.

أنا جديد في هذا المجتمع ، لذا آمل أن يكون هذا هو المكان المناسب لطرح هذا السؤال.

أعلم أن سؤالي عام حقًا ، لكن في جميع دورات علم الأحياء الخاصة بي ، نتعلم فقط المسارات الكيميائية للتفاعلات الشائعة في التمثيل الغذائي الخلوي ، ولكن نادرًا ما يتم إخبارنا بكيفية تحديد هذه التفاعلات أو اكتشافها. ما هي الأساليب التي يتبعها علماء الأحياء الجزيئية لتحديد الجزيئات المتضمنة في أي تفاعلات ، وما ترتيب حدوث التفاعلات ، ومكان حدوثها ، وما إلى ذلك؟ تتضمن بعض هذه المسارات عددًا كبيرًا من الخطوات ، وجزيئات ضخمة ، ومجموعة من الإنزيمات والبروتينات ، ولا أرى كيف يمكن لأي شخص تجميعها معًا. لهذه المسألة ، كيف هو التركيب الجزيئي ل اى شئ في الزنزانة العزم؟ على سبيل المثال ، ما هو الإعداد للتجربة التي حددت أن TNF-R1 كان موجودًا حتى على سطح غشاء الخلية ، وأنه يطلق مسار موت الخلايا المبرمج؟ مثال آخر هو التمثيل الضوئي - يمكنني أن أرى كيف يمكننا العثور على PS1 / 2 ، ومجمعات السيتوكروم ، وما إلى ذلك في حساء من الخلايا الممزوجة ، ولكن كيف اكتشفنا في العالم ما يفعله كل منها وبأي ترتيب؟

الخلية المتوسطة صغيرة جدًا ومعقدة لدرجة أنه لا يبدو أن هناك أي تصميم تجريبي عملي يمكن أن يؤدي إلى اكتشاف هذه الأشياء. من فضلك نورني!


عالم أحياء جزيئية

يقوم عالم الأحياء الجزيئية بفحص الوراثة النباتية أو الحيوانية أو البشرية والتنوع والعلاقات بينهما. يمكن لعلماء الأحياء الجزيئية العمل مع الحمض النووي والحمض النووي الريبي من البشر والنباتات والحيوانات والكائنات الأخرى أثناء استخدام معرفتهم بالكيمياء وعلم وظائف الأعضاء وعلم الوراثة والفيزياء والبيولوجيا في عملهم.

ما هي المسؤوليات التي سأحملها؟

  • تطوير طرق جديدة لتشخيص وعلاج الأمراض
  • كشف وتحديد الملوثات البيئية
  • العمل كمستشار أو ممثل علمي للأعمال أو الحكومة أو التعليم
  • انظر إلى الاختلافات الجينية والتعبير الجيني في الأنواع المختلفة لتحديد كيفية انتقال الأشياء من جيل إلى آخر
  • هندسة المحاصيل الجديدة وراثيا
  • إجراء اختبار مستمر للمحاصيل الجديدة أو المنتجات الأخرى
  • اختبار فعالية الأدوية المستخدمة في علاج الأمراض المختلفة ونمو الجينات
  • فحص تسلسل الحمض النووي للبحث عن الاختلافات التي قد تعني احتمالية الإصابة بمرض أو تسبب في مقاومة المرض
  • الإشراف على عمل فنيي المختبرات وتوجيههم
  • تقرير النتائج من خلال الكتابة أو العروض التقديمية
  • يجمع البيانات المتعلقة بالبحوث التي أجريت
  • تنمو البكتيريا من أجل تحديد فعالية المنتج
  • تصميم وتنفيذ التجارب
  • ترجمة الأبحاث إلى تقنيات يمكن للمستهلكين استخدامها أو الاستفادة منها
  • استخراج الحمض النووي والحمض النووي الريبي من الخلايا والأنسجة

ما هو التعليم والتدريب المطلوب؟

ستسمح لك درجة البكالوريوس و rsquos في علوم الحياة مع التركيز في البيولوجيا الجزيئية بالحصول على بعض الأدوار ، ولكن ستكون درجة الماجستير أو الدكتوراه مطلوبة لغالبية الفرص.

لمتابعة مهنة عالم الأحياء الجزيئية

يوصى بدورات المدارس الثانوية التالية: التعليم الزراعي ، والتركيز على العلوم مثل الكيمياء والبيولوجيا والفيزياء والرياضيات.

أين يمكنني العمل؟

يعمل عالم الأحياء الجزيئي عادةً في المختبر وقد يتم توظيفه من قبل الحكومة أو المستشفى أو الجامعة أو شركات الأبحاث أو شركة الأدوية.

سوق العمل في المستقبل / توقعات

ستكون التوقعات الوظيفية لعالم الأحياء الجزيئية جيدة خلال السنوات الخمس المقبلة.

المنظمات والجمعيات المهنية المقترحة


التعليم مطلوب لتصبح عالم أحياء جزيئية

لتصبح عالم أحياء جزيئية ، عليك أن تبدأ بالحصول على درجة بكالوريوس العلوم في علم الأحياء الجزيئي أو مجال وثيق الصلة مثل علم الأحياء أو الكيمياء الحيوية.

اعتمادًا على متطلبات صاحب العمل ، عادةً ما تكون درجة الماجستير في البيولوجيا الجزيئية كافية للعديد من وظائف البحث التطبيقي. لكي تصبح عالم أحياء جزيئية يعمل في مناصب بحثية وتدريسية بالجامعة ، يلزم الحصول على درجة الدكتوراه في علم الأحياء الجزيئي.

يجب على علماء الأحياء الجزيئية أيضًا إكمال التعليم المستمر طوال حياتهم المهنية من أجل الحفاظ على مهاراتهم مواكبة للتطورات في هذا المجال.


الكيمياء الحيوية مقابل البيولوجيا الجزيئية

كنت أتساءل ما هو الفرق مع هذه & الاقتباسات & الاقتباسات والدراسات. افترضت أنهم في الأساس نفس الشيء؟

كنت أتساءل أيضًا عن سبب وجود هذا الاختلاف بين بعض المدارس التي تدرس الكيمياء الحيوية مع التركيز بشكل أكبر على الرياضيات والفيزياء / الكيمياء ، في حين أن البعض الآخر يتعامل معها مثل الفصل الذي يركز على علم الأحياء ، إذا كان ذلك منطقيًا؟

الكيمياء الحيوية ، بالنسبة لي ، هي أكثر & quotthe كيمياء الجزيئات البيولوجية. & quot ؛ علم الأحياء الجزيئي هو & quot؛ علم الأحياء على النطاق الجزيئي. & quot ؛ لذلك ، في الكيمياء الحيوية ، يمكنك دراسة هياكل محددة من البروتينات ، وآليات عمل موقع بروتين نشط على المستوى الذري ، إلخ في علم الأحياء الجزيئي ، أنت تدرس علم الأحياء على المستوى الجزيئي - نحن مهتمون أكثر بمستوى الحمض النووي / الحمض النووي الريبي / البروتين في علم الأحياء ، على عكس العديد من المجالات الأخرى التي تدرس المزيد من علم الأحياء على نطاق واسع.

لذا ، للمقارنة بين الاثنين ، يقول عالم الكيمياء الحيوية وعالم الأحياء الجزيئية كلاهما مهتمان بالبروتين X. ربما يهتم عالم الكيمياء الحيوية أكثر ببنية البروتين X ، وحركية تفاعلاته ، والأحماض الأمينية المهمة / المحفزة في الموقع النشط والتفاعلات التي يشاركون فيها ، وما إلى ذلك ، وسيهتم عالم الأحياء الجزيئية أكثر بالبروتينات الأخرى التي يتفاعل معها البروتين X ، وما هو & نوع البروتين ومثله (GTPase ، TF ، وما إلى ذلك) ، والعمليات البيولوجية التي تعتمد عليه ، وما يحدث. إلى خلية عندما يتحور البروتين X. هاتين المنطقتين فعل تتداخل ، وهذا هو السبب في أنك غالبًا ما تراها مقترنة في برامج الدراسات العليا.

كنت أتساءل أيضًا عن سبب وجود هذا الاختلاف بين بعض المدارس التي تدرس الكيمياء الحيوية مع التركيز بشكل أكبر على الرياضيات والفيزياء / الكيمياء ، بينما يتعامل البعض الآخر معها مثل الفصل الذي يركز على علم الأحياء ، إذا كان ذلك منطقيًا؟

ربما يكون هذا انعكاسًا لتفضيل / فلسفة كبار المسؤولين في الجانب الإداري من البرنامج. أنا أعمل في مؤسسة مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالعديد من المستشفيات ، لذلك من الواضح أن برنامجنا يميل نحو التطبيقات البيولوجية ، في حين أن البعض الآخر ربما يكون أكثر تركيزًا على & quot ؛ نقي & quot ؛ قد يكون له اتجاه كيمياء / فيزيائية. يوجد في مكان ما أيضًا & quot؛ علم الأحياء الكيميائي & quot؛ وهو النهج الكيميائي للبيولوجيا الذي تم أخذه إلى أقصى الحدود ، أو على الأقل اتخذ مسارًا أكثر من ذلك بكثير & quotsynthetic & quot.


نظرة عامة على عالم الأحياء الجزيئية

هناك أكثر مما تراه العين عندما يتعلق الأمر بكونك عالم أحياء جزيئية. على سبيل المثال ، هل تعلم أنهم يكسبون متوسط ​​33.95 دولارًا في الساعة؟ هذا هو 70626 دولارًا في السنة!

بين عامي 2018 و 2028 ، من المتوقع أن تنمو المهنة بنسبة 8٪ وتنتج 10600 فرصة عمل في جميع أنحاء الولايات المتحدة.

ماذا يفعل عالم الأحياء الجزيئية

عندما يتعلق الأمر بأهم المهارات المطلوبة ليكون عالم أحياء جزيئية ، وجدنا أن الكثير من السير الذاتية المدرجة في 12.9٪ من علماء الأحياء الجزيئية تضمنت زراعة الخلايا ، في حين أن 6.7٪ من السير الذاتية اشتملت على معدات معملية ، و 6.5٪ من السير الذاتية تضمنت البيولوجيا الجزيئية. من المفيد امتلاك مثل هذه المهارات الصعبة عندما يتعلق الأمر بأداء مسؤوليات الوظيفة الأساسية.

عندما يتعلق الأمر بالبحث عن وظيفة ، يبحث الكثير عن مصطلح أو عبارة رئيسية. بدلاً من ذلك ، قد يكون البحث حسب الصناعة أكثر فائدة ، حيث قد تفوتك وظائف لم تفكر بها أبدًا في الصناعات التي لم تفكر فيها حتى في الوظائف المعروضة المتعلقة بالمسمى الوظيفي لعلم الأحياء الجزيئي. لكن ما هي الصناعة التي نبدأ بها؟ يجد معظم علماء الأحياء الجزيئية وظائف في صناعات الرعاية الصحية والتعليم.

كيف تصبح عالم أحياء جزيئية

إذا كنت مهتمًا بأن تصبح عالم أحياء جزيئية ، فإن أحد الأشياء الأولى التي يجب مراعاتها هو مقدار التعليم الذي تحتاجه. لقد قررنا أن 59.0٪ من علماء الأحياء الجزيئية حاصلون على درجة البكالوريوس. فيما يتعلق بمستويات التعليم العالي ، وجدنا أن 20.7٪ من علماء الأحياء الجزيئية حاصلون على درجة الماجستير. على الرغم من أن معظم علماء الأحياء الجزيئية لديهم شهادة جامعية ، إلا أنه من المستحيل أن تصبح حاصلًا على شهادة الثانوية العامة أو GED فقط.

يعد اختيار التخصص الصحيح دائمًا خطوة مهمة عند البحث عن كيفية أن تصبح عالم أحياء جزيئية. عندما بحثنا في التخصصات الأكثر شيوعًا لعالم الأحياء الجزيئية ، وجدنا أنهم في الغالب يحصلون على درجة البكالوريوس أو درجة الماجستير. تشمل الدرجات الأخرى التي نراها غالبًا في السيرة الذاتية لعلم الأحياء الجزيئي درجات الدكتوراه أو درجات الزمالة.

قد تجد أن هذه الخبرة في وظائف أخرى ستساعدك على أن تصبح عالم أحياء جزيئية. في الواقع ، تتطلب العديد من وظائف علماء الأحياء الجزيئية خبرة في دور مثل مساعد البحث. وفي الوقت نفسه ، يتمتع العديد من علماء الأحياء الجزيئية أيضًا بخبرة مهنية سابقة في أدوار مثل باحث مشارك أو مساعد باحث للخريجين.

ما هي الوظيفة المناسبة لمسار حياتي المهنية؟

أخبرنا بأهدافك ونحن & # x27ll نطابقك بالوظائف المناسبة للوصول إلى هناك.


أمثلة على الذهول الذي لا يوصف لعلماء الأحياء الخلوية والعرج الشديد لعلماء الأحياء الجزيئية

علماء بيولوجيا الخلية يستخدمون الأواني.

يستخدم علماء بيولوجيا الخلية دائمًا الأدوات المناسبة للوجبة المناسبة. عند تناول شرائح اللحم ، على سبيل المثال ، يستخدمون السكين والشوكة.

لا يُقصد بهذا أن يكون توضيحًا لطبيعة الإشعاع الرادي لعالم الأحياء الخلوي ، ولكن كخط أساس يمكننا من خلاله ملاحظة الطبيعة العرجاء المخزية لعلم الأحياء الجزيئي.

علماء الأحياء الجزيئية يمصون كل شيء. يجلسون على غطاء التدفق الصفحي والماصة طوال اليوم. قريباً ، كل ما يمكنهم فعله هو الماصة. إذا سكبوا بعض الماء ، فسيبقون على أيديهم وركبهم لمدة ساعتين ، مع سحب 0.5 ميكرولتر في المرة الواحدة. إنه لأمر ممتع أن ترى ذلك ، إلى أن يبدأ العار عندما تدرك أن تسليةك تدور حول المعادل الأخلاقي للضحك على الأصوات المضحكة التي اعتاد تيري شيافو أن يصدرها.

سيعمل عالم الأحياء الجزيئي النموذجي 13 ساعة في اليوم ، لكن سبع ساعات من تلك الساعات ستخصص لسحب الطعام إلى فمه. لا تعطِ عالم الأحياء الجزيئية شريحة لحم أبدًا. سوف يموت جوعا.

علاوة على ذلك ، فإن علماء الأحياء الجزيئية غير قادرين على التعبير عما يفعلونه عند سحب العينة. إذا ذهبت إلى عالم الأحياء الجزيئية في العمل وقلت "ماذا تفعل هناك ، ستيوارت؟" ، فتوقع استجابة على غرار "(غمغمة) transfect PX3 إلى الحد الأدنى الداخلي من القامع لربط موقع تفاعل تفاعل البوليميراز المتسلسل بيتا- GTGT (غمغمة) مجموعة تحليل المروج العابر. " هذا عرجاء لسببين. أولاً ، تشير كلمة "PCR" إلى تفاعل البلمرة المتسلسل ، لذا فإن "تفاعل تفاعل البوليميراز المتسلسل" زائد عن الحاجة. ثانيًا ، كل ما كان يفعله ستيوارت هو سحب فانتا في فمه.

تُظهر ملاحظات علماء الأحياء الجزيئية النائمين أن إبهامهم ينتفض طوال الليل ، كما لو كان ماصًا. سيكون الأمر محزنًا إذا لم يكن الأمر مثيرًا للشفقة. كما أظهرت ملاحظات علماء الأحياء الجزيئية النائمين أن بشرتهم مناسبة تمامًا للتزيين باستخدام قلم تحديد دائم.

يصبح علماء الأحياء الخلوية أكثر برودة (نعم ، هذا ممكن) عند الشرب

التشبيه الشائع هو أن البيرة لعلماء الأحياء الخلوية مثل السبانخ لبوباي. أو مثل أكشاك الهاتف لكلارك كينت. سيتحول أحد Pabst Blue Ribbon وعالم أحياء الخلية إلى أكثر المخلوقات المرغوبة والجاذبية التي وضعتها عينيك على الإطلاق. بعد مشروبين ، يمكن لعالم الأحياء الخلوي الدخول إلى أي نادٍ للرقص في دوفر دون الانتظار في الطابور. هم فقط يمشون مباشرة في الباب الأمامي. بحلول نهاية الليل ، سيشع عالم الأحياء الخلوي النموذجي هالة متعددة الألوان حتى على الرغم من كونه فاقدًا للوعي على الأريكة. حتى أن علماء الأحياء الخلوية يظلون آسرين خلال فترة تعاطيهم الكحول.

كما أن علماء الأحياء الخلوية راقصون رائعون. يمكن لأي عالم بيولوجي خلوي معين أن ينقذ بمفرده مركز الشباب من الرأسماليين الجشعين ببساطة من خلال قوة الرقص.

علماء الأحياء الجزيئية ، بالمقارنة ، يكونون ضعفاء بشكل لا يصدق عندما يكونون في حالة سكر. إنهم يمصون زيماس في أفواههم ، ويتخلصون من أطراف الماصة أثناء سيرهم ، وبعد أن يضرب كل طرف بلاستيكي الأرض ، يسحبون آلة حاسبة كبيرة ومعقدة بشكل غير محتمل ويحسبون مولارية دمائهم. ثم لم يصرحوا لأحد على وجه الخصوص ، "(غمغمة) دمي هو محلول 0.03 ميكرومتر من الإيثانول."

قد يعتقد المرء أنه بالنظر إلى استهلاك الكحول الذي يسير بخطى جليدية ، سيكون من المستحيل على عالم الأحياء الجزيئية أن يسكر. قد يكون المرء على خطأ. يحصل علماء الأحياء الجزيئية سكران. بعد 20 دقيقة فقط من الشرب ، سيشمل التجمع النموذجي لعلماء الأحياء الجزيئية رجلًا يغني "99 زجاجة من البيرة على الحائط" ورجل يغني "أنا هنري الثامن ، أنا" ورجل يمشي بشكل متكرر في بريد. وسيحدث كل هذا وسط كومة من أطراف الماصة تصل إلى الكاحل.

أيضًا ، سيحاول علماء الأحياء الجزيئية غالبًا شرب ثنائي ميثيل سلفوكسيد عن طريق الخطأ. هذا صحيح: شربهم غير فعال لدرجة أنه يجب الإشراف عليه. ومع ذلك ، إذا اخترت الإشراف على مجموعة من علماء الأحياء الجزيئية ، فحاول ألا ترفع مستوى البرودة لديهم ولو بدرجة واحدة عن طريق استبدال Zima بـ Smirnoff Ice. إن تعريض عالم الأحياء الجزيئية لتلك الدرجة الصغيرة من البرودة يشبه السفر بإسكندنافي إلى هندوراس. يمكنك توقع ظهور تقرحات.

علماء بيولوجيا الخلية أفضل بكثير في النكات العملية

إذا كنت تعمل في معمل أحياء ، فتوقع النكات العملية. النكات العملية التي يمارسها علماء بيولوجيا الخلية مضحكة. قد يقومون ، على سبيل المثال ، بمسح لسانهم ورسم وجه مبتسم على طبق أجار. إنه يميل إلى إفساد التجارب ، لكن كل الكوميديا ​​الجيدة تأتي بثمنها ، والوجوه المبتسمة مبهجة ومفيدة للروح المعنوية.

هناك نكتة عملية أخرى شائعة لعلماء أحياء الخلية وهي طحن مكملات الفيتامينات وإخفائها في طعامك. لا يختلف طعمه ، ولكن بعد أيام قليلة ، ستلاحظ أن بشرتك تبدو أفضل وأن لديك المزيد من الطاقة. ثم ، عندما يكشفون عن النكتة التي يمارسونها عليك ، فإنهم يضحكون معك بدلاً من الضحك عليك. في وقت لاحق ، سوف يعرضون عليك شراء بدويايزر ، ولكن بدلاً من ذلك اتضح أن بعض البيرة البلجيكية الرائعة. مع مكملات الفيتامينات فيه. أفضل نكتة عملية على الإطلاق.

ومع ذلك ، فإن النكات العملية التي يمارسها علماء الأحياء الجزيئية فظيعة. على سبيل المثال ، قد يصنع عالم الأحياء الجزيئية ناقلًا فيروسيًا يتداخل مع امتصاص فيتامين سي ويعطيك داء الإسقربوط ، ويطعنك عرضًا بحقنة مليئة بها. لكن بعد ذلك لن يخبروك أنهم فعلوا ذلك. ما فائدة النكتة العملية بدون كلمة نكتة؟ كنت تعتقد أنه عندما بدأت في تطوير قروح ناز ، كانوا على الأقل يقفزون ويصرخون "ها ، ها! لقد نقلت الحمض النووي الخاص بك!" أو الأفضل من ذلك ، تقديم رقعة عين وببغاء. لكن يبدو أنهم ليس لديهم وعي على الإطلاق بأن هذه خطوة حاسمة (ربما الخطوة الأكثر أهمية) في نكتة عملية.

والأسوأ من ذلك أنه عندما لا يبدو أن علماء الأحياء الجزيئية يعرفون أين يرسمون الخط الفاصل. حتى في بيئة المختبر الأكثر استرخاءً ، من الممكن أن تأخذ نكتة بعيدة جدًا. على سبيل المثال ، إحدى النكات العملية الشائعة بين علماء الأحياء الجزيئية هي تسليح فيروس يقضي بعد ذلك على جميع سكان الأرض.


يجب التأكيد على أن تأثيرات استخدام الكمبيوتر في علم الأحياء تمت دراستها جيدًا قبل الدراسات التي نشير إليها. من المؤكد أن استخدام أجهزة الكمبيوتر والنماذج الحسابية قد تعزز في العقود القليلة الماضية (انظر على سبيل المثال Keller 2002 ، الفصل 8) ، ولكن تم استخدامها في الغالب كـ "عكازات" وكأداة لتحقيق الأهداف التي تُنسب تقليديًا إلى علم الأحياء.

نحن لا نلتزم بأي أطروحة معينة في هذا الجانب.

لا يعني "الوصف" بالضرورة وصفًا لغويًا في الواقع ، فالوسيلة المفضلة للتعبير عن الوصف الآلي هي الرسوم البيانية (انظر Bechtel and Abrahamsen 2005 للحصول على حجج أولية حول هذه المسألة).

ليس من الضروري أن نتذكر بالتفصيل الهيكل المعقد للتفسيرات الآلية للحصول على حساب كامل لهذه المشكلة ، انظر (Craver 2007).

هناك نقاش مثير للاهتمام حول ما قد تعنيه كلمة "ذات صلة" والفرق بين استبعاد التفاصيل ذات الصلة من النموذج (أي النماذج غير المكتملة) والاستخلاص من التفاصيل غير ذات الصلة (أي التجريد). انظر على وجه الخصوص (Levy 2014 Levy and Bechtel 2014 Love and Nathan 2015).

توصيف دي ريج للفهم هو أكثر ثراءً من هذا ، ولكن للغرض المطروح ، هذا التعريف كافٍ.

يرجى ملاحظة أن هذا لا يعني أنه لا يمكن استخدام النماذج الكبيرة لرسم تنبؤات عامة يمكن التحقق منها أيضًا بشكل تجريبي. على سبيل المثال ، إذا قمت بنمذجة تفاعلات البروتين والبروتين مع علم الشبكة ، فستحصل على نموذج كبير جدًا لا يمكن تحويله إلى تفسير - من المستحيل رسم السرد السببي الدقيق الذي يربط بين جميع الكيانات. ومع ذلك ، تحدد أدوات علوم الشبكة المحور المركزي ، ويمكن للمرء أن يرسم تنبؤًا عامًا للغاية بأنه إذا هدمت محورًا مركزيًا ، فسوف تتعطل الشبكة - وبالتالي الظاهرة البيولوجية -. ومع ذلك ، فإن هذا التوقع لا يساعد أي باحث في تفصيل تفسير آلي.

هناك أوجه تشابه مع مفهوم تمثيل المشكلة في مساحة مشكلة كما أشير إليه من قبل نيويل وسيمون (على الرغم من أننا نشير هنا إلى الصياغة التي وضعها بكتل وريتشاردسون). مفهوم Bechtel و Richardson للمشكلة هو تجسيد للعناصر الأربعة لتمثيل المشكلة (الحالة الأولية ، الهدف ، تحديد الحركات ، قيود المسار). بالنسبة للتعلم الآلي ، تتمثل المشكلة في إنشاء مثيل لعلاقة أساسية بين المدخلات والمخرجات (دالة) والتي تم أخذ عينات منها من أجل الحصول على مجموعة البيانات التي سيتم توفيرها لخوارزمية التعلم.

في حين أن هناك خوارزميات لا تتوقف لبعض المدخلات أو قد تتطلب قدرًا غير محدود من الذاكرة ، إلا أنها لا تُستخدم في علم البيانات ، لذلك سنتجاهلها فيما يلي.

يمكن أن تخضع الخوارزميات في التعلم الآلي للإشراف والتعلم المعزز وغير الخاضع للإشراف. سوف نشير إلى الخوارزميات الخاضعة للإشراف وغير الخاضعة للإشراف لأنها ذات صلة بـ "اكتشاف" العلاقات الكمية بين المدخلات والمخرجات. من ناحية أخرى ، فإن خوارزمية التعلم المعزز هي الأقل صلة هنا ، والتي تستخدم بشكل خاص في الهندسة بدلاً من العلوم الطبيعية أو الاجتماعية.

هنا يجب أن نلاحظ أن كل خوارزمية تعلم تبني نوعًا مختلفًا من نموذج الخوارزمية. تقوم بعض خوارزميات التعلم ببناء نماذج معقدة تتكون من العديد من النماذج الفرعية التي يتم دمجها بواسطة خوارزمية فرعية توافقية. هذه تسمى خوارزميات ونماذج المجموعة.

يرتبط أداء التعميم لطريقة التعلم بقدرتها على التنبؤ على بيانات الاختبار المستقلة. تقييم هذا الأداء مهم للغاية من الناحية العملية ، لأنه يوجه اختيار طريقة أو نموذج التعلم ، ويعطينا مقياسًا لجودة النموذج المختار في النهاية "(Hastie وآخرون ، 2009 ، ص 219).

تنتج الخوارزمية النموذج ، والذي يتم تطبيقه بدوره لاختبار البيانات الجديدة.

بالنظر إلى كون الأشياء ، فإن الطبقة هي مجموعة فرعية من الكون تشترك عناصرها في بعض الميزات التي تجعل الفئة ذات صلة ببعض الأغراض العلمية أو التكنولوجية.

تسهل وفرة البيانات اختيار وتقييم أفضل للنموذج ، لأن تقديرات أداء النموذج أكثر دقة (Hastie وآخرون ، 2009 ، ص 222). لا يمكن ملاحظة الحالات النادرة ولكن ذات الصلة إلا بأعداد كافية إذا كان عدد العينات كبيرًا بما يكفي (Junqué de Fortuny et al. 2013 ، ص 216). بالنسبة لنوع مهم من النماذج الخوارزمية مثل تقديرات الاحتمالية القصوى ، هناك أدلة رسمية على أنهما في ظل ظروف معتدلة يكونان غير متحيزين بشكل مقارب ، أي أن التحيز ينخفض ​​إلى الصفر حيث يميل عدد العينات إلى اللانهاية وكفاءة مقاربة ، أي يقلل التباين إلى أقل عدد ممكن لأي نموذج حيث أن عدد العينات يميل إلى اللانهاية (سوجياما 2015 ، ص 140 - 143). في بعض المجالات مثل معالجة اللغة الطبيعية ، مع زيادة عدد العينات ، يتم الوصول إلى نقطة يتم فيها تغطية جميع الحالات ذات الصلة بشكل كافٍ في مجموعة البيانات ، بحيث يتفوق حفظ الأمثلة على النماذج القائمة على الأنماط العامة (Halevy et al. 2009، p 9).

يرجى ملاحظة أن مفهوم "الصندوق الأسود" يختلف عن مفهوم Latour ، الذي يشير إلى أنظمة الكمبيوتر الجاهزة التي يُفترض أنها تؤدي وظيفتها بشكل صحيح (Latour 1987 ، الصفحات 3-4).

أي نموذج يمكن أن يكون بمعنى ما هو نموذج الصندوق الأسود ، لأنه يثبت أن هناك مكونات متورطة بوضوح في ظاهرة ، لكننا لا نعرف بالضبط كيف.

هناك بعض طرق التعلم الآلي مثل شبكات Bayesian (Spirtes وآخرون 1993) والتي يمكن أن تتعلم الروابط السببية بين المتغيرات من البيانات. يمكنهم التأكد من أن بعض المتغيرات هي أسباب لمتغيرات أخرى ، لكن لا يمكنهم قول أي شيء عن الآلية المحددة التي تقف وراء هذا الارتباط السببي. بمعنى آخر ، لا يمكن لشبكات بايز في حد ذاتها تقديم أي تفسيرات ، حيث يجب على العالم إيجاد الآليات المحددة.

عملية العالم الحقيقي والنموذج مختلفان بشكل قاطع. بالنسبة لنماذج التعلم الآلي المدربة ، قد لا تكون متشابهة هيكليًا ، اعتمادًا على نوع الخوارزمية المستخدمة لتعلم النموذج. هناك خوارزميات تهدف إلى تعلم بنية التفاعلات البيولوجية ، والتي يمكن اعتبارها خوارزميات الصندوق الأبيض ، بينما لا تحاول الخوارزميات الأخرى إنتاج نموذج يشبه النظام البيولوجي المستهدف.

تشمل الحالات المعروفة تنبؤات سوق الأوراق المالية ، ونمذجة انتشار الأمراض المعدية بين السكان ، وأنظمة التوصية للتسويق عبر الإنترنت.

يرجى ملاحظة مرة أخرى أن التنبؤات هنا لا تتداخل بالضرورة مع التنبؤات في السياق الآلي.

بعض مجموعات البيانات كبيرة ومعقدة لدرجة أنه يكاد يكون من المستحيل على الإنسان أن يجد أنماطًا مهمة دون مساعدة الخوارزميات التي تضع تلقائيًا نماذج لتلائم البيانات (Dhar 2013 ، ص 68).

فرق بين رغبات النماذج F′ للنهج القائم على التفسير وعلم البيانات هو ذلك بالنسبة للأول الذي نريده F′ أن يكون لديك هيكل سببي مشابه (غير مفهوم في فلسفة العلم بالمعنى التقني) قدر الإمكان للظاهرة التي نحقق فيها ، بينما بالنسبة لعلم البيانات ، فإن الأداء التنبئي للحالات الجديدة هو الهدف الرئيسي.

دعنا نفكر في نوع مختلف من مثال درجات الحرارة. قد نقول أن درجة الحرارة غدًا في الساعة 0:00 بتوقيت جرينتش في محطة طقس معينة ستكون متوسط ​​درجات الحرارة المسجلة في نفس اليوم من العام في الساعة 0:00 بتوقيت جرينتش في نفس محطة الطقس ، محسوبة على بيانات الطقس المتاحة. يمكننا تقليل التباين على النحو التالي. مع زيادة عدد السنوات التي تتوافر فيها البيانات (عدد العينات) ، يتضاءل التباين بسبب ذلك الناتج F' ينتج عن بيانات الاختبار غير المرئية ستكون أقل حساسية للتذبذبات في مجموعة بيانات التدريب ، أي السنوات شديدة البرودة أو شديدة الحرارة في السجل التاريخي الذي يستخدم للتدريب.

هذا منطقي فقط إذا افترضنا أنه يجب التعامل مع الأنظمة المعقدة من خلال مراعاة مساهمة كل من مكوناتها. قد تكون هناك طرق أخرى للتعقيد (مثل المقاربات المنهجية أو الكلية) والتي قد لا تتطلب الموقف الذي نصفه هنا.

يمكن القول أن هناك خوارزميات تتعلم بنية النظام البيولوجي قيد التحقيق ، حتى نتمكن بطريقة ما من ربط عمل الخوارزميات بالأوصاف الآلية. على سبيل المثال ، تتعلم خوارزمية PARADIGM المذكورة أعلاه بنية التفاعلات بين الكيانات. لكنها لا تستطيع التأكد من الآليات المحددة التي تكمن وراء التفاعلات. لذا فإن الافتقار إلى الوضوح يأتي من عدم قدرة الخوارزميات على تعلم تلك الآليات المحددة بدلاً من الاختلاف بين بنية التفاعل المكتسبة والبنية الحقيقية. هناك خوارزميات أخرى مثل Prediction Analysis of Microarray (PAM، Tibshirani et al.2002) ، والتي لا تنوي تعلم التركيب البيولوجي بأي شكل من الأشكال ، لأنها تهدف إلى التنبؤ فقط. عند استخدام خوارزميات مثل PAM ، فهذا يعني أن العلماء لا يهتمون بشكل خاص بالهياكل ، ولكن بالتنبؤات. بمعنى آخر ، عندما تكون الشبكة البيولوجية قيد البحث معقدة للغاية للحصول على نموذج ميكانيكي توضيحي ، فإن الخيار الوحيد هو استخدام خوارزمية تنبؤ الصندوق الأسود التي لا تنوي تعلم بنية الشبكة التي تم تحليلها.

دعونا نوضح مرة أخرى: هذه المفاضلة بين الشرح والتنبؤ هي نتيجة للطريقة التي يتعامل بها التعلم الآلي مع مقايضة التباين التحيز. بعبارة أخرى ، هذه المقايضة ومقايضة التباين التحيز هي مقايضات مختلفة.

لنمذجة الشبكة في البيولوجيا الجزيئية ، يتم تحديد عدد المتغيرات بعدد المركبات المكتشفة ، بحيث لا توجد مرونة لاختيار حجم النموذج المراد تعلمه.

للحصول على عرض أكثر شمولاً لهيكل دراسات TCGA ، انظر Ratti (2015).


البيولوجيا الجزيئية

البيولوجيا الجزيئية هو العلم ، أو مجموعة الأنشطة العلمية ، التي تسعى إلى شرح ظواهر الحياة من خلال التحقيق في الجزيئات الموجودة في الكائنات الحية. من الواضح أن هذا المصطلح قد ابتكره في أواخر الثلاثينيات من القرن الماضي وارن ويفر ، عالم الرياضيات الذي تحول إلى مسؤول في مؤسسة روكفلر ، والذي قام من عام 1933 وحتى الحرب العالمية الثانية (1939-1945) بتوجيه الكثير من موارد هذا العمل الخيري إلى برنامج لتعزيز التقدم الطبي من خلال جعل علوم الحياة أشبه بالفيزياء من حيث الدقة الفكرية والتطور التكنولوجي. هناك جدل كبير حول مدى نجاح ويفر في تغيير الاتجاه الفكري لمجموعة واسعة من علوم الحياة التي تفاعل معها. ومع ذلك ، لا يمكن أن يكون هناك شك في أن برنامجه أتاح أدوات وأساليب جديدة مهمة لعلماء الأحياء. على سبيل المثال ، دعم روكفلر بشكل كبير تطوير علم البلورات بالأشعة السينية ، وأجهزة الطرد المركزي والرحلان الكهربائي ، والمجهر الإلكتروني ، وكلها تستخدم لتحليل التركيب والتوزيع في الكائنات الحية للبروتينات والأحماض النووية والجزيئات الحيوية الكبيرة الأخرى. في الثلاثينيات والأربعينيات من القرن الماضي ، لم تتم دراسة هذه الجزيئات البيولوجية الكبيرة من قبل علماء الكيمياء الحيوية بشكل أساسي ، نظرًا لأن الطرق التقليدية للكيمياء الحيوية كانت كافية فقط لدراسة المركبات ذات الحجم الأصغر (مع الأوزان الجزيئية بالمئات) ، ولكن بالأحرى من قبل العلماء من المرضى. - المجالات المحددة والمعروفة باسم "الفيزياء الحيوية" و "علم وظائف الأعضاء العامة".

أتاح الحماس العام للعلم بعد الحرب موارد غنية لعلماء الأحياء من الوكالات الفيدرالية مثل مؤسسة العلوم الوطنية والمعاهد الوطنية للصحة. بفضل هذا التمويل الجديد ، وأيضًا لحث ما بعد الذرات على جعل الفيزياء تفيد البشرية سلميًا ، حققت موضوعات البحث وطرق علماء الفيزياء الحيوية تقدمًا كبيرًا في الخمسينيات. حفزت النظائر المشعة والمسرعات الجديدة البيولوجيا الإشعاعية. تم تشغيل المجاهر الإلكترونية على الخلايا والفيروسات. تم فحص بنية البروتين عن طريق علم البلورات ، ورحلان كهربائي ، وتنبيذ فائق علاوة على ذلك ، تم تطوير طرق كيميائية تسمح بتحديد تسلسل سلسلة الأحماض الأمينية التي تشكل بروتينات أصغر. تم وصف هذا النوع من الأبحاث التي تركز على الجزيئات الكبيرة في الخمسينيات من القرن الماضي على أنها "المدرسة الهيكلية للبيولوجيا الجزيئية" (أو الفيزياء الحيوية). في حقبة ما بعد الحرب مباشرة ، تم تطوير نهج آخر أيضًا حول Max Delbrück ، عالم فيزيائي تحول إلى عالم أحياء مفتونًا منذ ثلاثينيات القرن الماضي بتفسير الجين ، الذي جذب العديد من علماء الفيزياء الآخرين إلى علم الأحياء. يُعتبر الآن بداية علم الوراثة الجزيئي ، وقد أُطلق على هذا النمط اسم "المدرسة المعلوماتية للبيولوجيا الجزيئية" ، منذ أربعينيات وخمسينيات القرن الماضي ، استقصت المدرسة السلوك الجيني للفيروسات والبكتيريا دون أي محاولة لتنقية الجينات وتوصيفها كيميائيًا. ولدهشة الكثيرين ، إلى حد كبير من خلال الجهود المشتركة لجيمس واتسون وفرانسيس كريك - فريق يمثل كلا المدرستين - في منتصف الخمسينيات من القرن الماضي ، تم العثور على الجين على أنه شكل حلزوني مزدوج من الحمض النووي وليس بروتينًا. من هذه النقطة وحتى أوائل الستينيات ، ركز علماء الوراثة الجزيئية الكثير من جهودهم على "تكسير" "الكود" الذي من خلاله تحدد تسلسلات الحمض النووي البروتينات التي تؤدي الجزء الأكبر من الوظائف البيولوجية. بعد حل مشكلة "الترميز" في منتصف الستينيات ، تحولوا بشكل أساسي إلى الآليات التي يتم من خلالها تنشيط الجينات في ظروف معينة ، في البداية في الفيروسات والبكتيريا ، ومن السبعينيات ، في الكائنات الحية الأعلى. في حين أن مدى تأثير الفيزياء فعليًا على تطور البيولوجيا الجزيئية أمر مثير للجدل ، يمكن رؤية بعض التأثير بوضوح في استخدام المفاهيم السيبرانية مثل التغذية الراجعة في شرح التحكم الجيني ، وكذلك في التفكير المبكر في علم الوراثة كمشكلة تشفير.

على الرغم من ازدهار العديد من المشاريع المرتبطة بالفيزياء الحيوية في الخمسينيات من القرن الماضي ، إلا أن المجال ككل لم يزدهر. بدلاً من ذلك ، تم امتصاص بعض المجالات التي كان علماء الفيزياء الحيوية رائدين فيها ، مثل بنية البروتين ، جزئيًا بواسطة الكيمياء الحيوية ، بينما انقسم البعض الآخر في تخصصات جديدة. على سبيل المثال ، انقسم علماء الميكروسكوب الإلكتروني الذين يدرسون بنية الخلية عندما أسسوا بيولوجيا الخلية ، وترك علماء البيولوجيا الإشعاعية إلى حد كبير الفيزياء الحيوية للانضمام (مع أخصائيي الأشعة) في مجال الطب النووي الناشئ حديثًا. بحلول أواخر الستينيات ، أصبحت الأقسام التي تحمل اسم "البيولوجيا الجزيئية" أكثر شيوعًا ، بما في ذلك علم الوراثة الجزيئي بالإضافة إلى أنواع معينة من الفيزياء الحيوية "الهيكلية". في سبعينيات القرن الماضي ، جلب جيل جديد من الأساليب الملائمة لتحديد الأحماض النووية والبروتينات المعينة في العينات البيولوجية (تقنيات تهجين الحمض النووي الريبي والحمض النووي ، والأجسام المضادة وحيدة النسيلة) دراسة الجينات وتفعيلها لجميع علوم الحياة التجريبية تقريبًا ، من علم الوراثة السكانية إلى علم وظائف الأعضاء لعلم الأجنة. في السبعينيات أيضًا ، بدأ تطوير طرق لتحديد تسلسل الأحماض النووية التي تتكون منها الجينات - وبلغت ذروتها خلال التسعينيات في مشروع الجينوم البشري الدولي الممول من الحكومة - بالإضافة إلى طرق إعادة ترتيب تسلسل الحمض النووي في كروموسومات الكائن الحي ، و ثم إعادة إدخال هذه التسلسلات المعدلة للكائنات الحية ، مما يجعل من الممكن لعلماء الوراثة الجزيئية الشروع في "الهندسة الوراثية". في أوائل القرن الحادي والعشرين ، لم يكن هناك تقريبًا أي فرع من فروع علوم الحياة والطب ليس "جزيئيًا" ، حيث تفسر جميعها الظواهر البيولوجية جزئيًا من حيث تسلسل الحمض النووي وبنية البروتين. وهكذا ، فمنذ بداياتها ، قاوم البيولوجيا الجزيئية التعريف كنظام. ولكن مهما كان تعريفها - كأسلوب بحث ، أو مجموعة من الأساليب أو الأسئلة ، أو مجموعة متداخلة من المجالات البيولوجية غير المتماسكة والمتداخلة على أساس العديد من التخصصات - فإن مشروع شرح خصائص الحياة من خلال سلوك الجزيئات المكونة لها ، منذ نشأتها في عصر ما بين الحربين العالميتين ، أصبحت واحدة من أكثر الحركات المثمرة فكريًا والمفيدة طبيًا على الإطلاق لإشراك علوم الحياة.


دفاعا عن بيولوجيا الخلية "غير الجزيئية"

This chapter describes the detailed molecular interactions and discusses in more general terms the question of how applicable molecular explanations are to whole-cell functions. It discusses two examples from the field of cell motility, the explanation which does not depend significantly on molecular knowledge. One example derives the fundamental aspects of the mechanical designs of cells showing amoeboid movement, such as 3T3 mouse fibroblasts. The other example describes the emergence of structure and possibly rudimentary intelligence among the colonies of the flagellated algal cells كلاميدوموناس. As the cellular functions are derived from large numbers of molecular details, many small errors are accumulated to render meaningless the resulting explanation. The new and sufficient concepts of cell biology must be developed in ways that recognize explicitly the place of cells within the hierarchy of organization of biology that ranges from ecologies to macromolecules.


How do molecular biologists determine biochemical pathways? - مادة الاحياء










Here is the short but sweet version:

I was a Life Science major in college (at Philadelphia University), then received my Ph.D. in Biochemistry and Molecular Biophysics from Columbia University in 1995. After that, I worked for 17 years at University of California, Berkeley as a Post-Doctoral Fellow and as a Research Specialist. My thesis and post-doctoral research has been centered mostly on Developmental Biology, Genetics, Molecular Biology, and Evo Devo (i.e., Evolution and Development).

If you are familiar with these fields of biology, feel free to skip ahead. But if you are unfamiliar with them, here is a quick overview of each of them:

Developmental Biology is the study of how life forms develop. For instance, all animals and plants start out as a single cell, but then develop over time into creatures with all different types of specialized cells (e.g., nerve cells, skin cells, muscle cells, blood cells, and many others) that are located in different parts of the body and which perform different functions. Developmental biologists study these developmental processes in order to understand how they occur. Because development is so complex, most developmental biologists focus on smaller specific problems, for example, trying to figure out how a particular cell (or group of cells) decide what type of cell they will become.

Why is studying developmental biology important? Well, in addition to being generally interesting, many genes involved in development also contribute to cancer and other diseases. So by learning how they work, we can hopefully garner insights into these other conditions as well.

Does this mean that you did experiments on humans? No, most developmental biologists study development in a handful of &ldquomodel organisms.&rdquo For instance, I did most of my research on fruit flies (scientific name: ذبابة الفاكهة سوداء البطن). Why study development in non-human animals? Well, many animals have legs, and eyes, and brains, and muscles, and circulatory systems, etc. We have anterior (head), posterior (rear), dorsal (back) and ventral (belly) regions. وما إلى ذلك وهلم جرا. Some people might be surprised to find out that the genes that control these developmental processes are conserved over evolution. By &ldquoconserved,&rdquo I mean that the genes that help make legs or eyes or muscles or anteriors or posteriors (and so on) in human beings are closely related to the ones that make those parts of mice and birds and frogs and worms and fruit flies and so on. While this might seem surprising at first, it all makes sense if you take evolution into account. After all, we all shared a common ancestor at some point, so of course we will share similar genes that do similar things. By studying these genes in model organisms, we can indirectly learn about how development works (or probably works) in humans.

But of course, human legs are different from mouse legs, or bird legs, or fruit fly legs, in certain ways. A sub-field called Evo Devo (which sounds like an awesome Devo tribute band, but which is simply an abbreviation of &ldquoEvolution and Development&rdquo) examines developmental processes in closely related animals (e.g., in different types of arthropods - the group of animals that includes fruit flies, plus other insects, crustaceans, and related &ldquocreepy crawlers&rdquo) to try to understand what evolutionary changes happened in order to make some arthropods have more legs than others, or to have claws on some legs but not others, or to make some arthropods have wings while others do not, and so on. Such questions may seem esoteric, but they can shed light onto both evolution and development more generally.

I also sometimes describe myself as a Molecular Biologist, which means that I have studied biological processes at the level of molecules, most notably at the DNA, RNA, and protein level. As most people know, DNA is the so-called &ldquogenetic blueprint&rdquo that helps cells know what they should do in a particular situation. In any given cell, some genes are &ldquoturned on&rdquo while others are not. When a gene is &ldquoturned on,&rdquo that usually means that that segment of DNA is being transcribed into RNA, which is basically a temporary copy of that gene. Most RNAs are then translated into proteins, which are like little machines that carry out specific functions in cells. Admittedly, this description is extremely oversimplified, but it is generally true in most cases.

A lot of the research that I carried out involved isolating specific genes that are involved in developmental processes. In some cases, I would manipulate those genes (and by association, their RNAs and proteins) to see what affect certain changes had on those development processes. All this falls under the umbrella of molecular biology.

I also describe myself as a Geneticist. This overlaps a lot with molecular biology, as both fields are interested in identifying the genes/DNA sequences that carry out important cellular/bodily functions. But geneticists also use additional strategies to understand biological processes. For instance, rather than starting with a particular protein or segment of DNA and asking what it does (as molecular biologists typically do), a geneticist might look for mutations that affect how legs (or eyes, or other parts of the body) develop. Or they may carry out genetic crosses between animals that have different mutations to see if the underlying genes interact with one another. Once a geneticist has isolated an interesting mutation, they can then look for the underlying gene that is responsible for it.

Here is another way of putting it: Geneticists often start with a &ldquophenotype&rdquo (i.e., a particular bodily trait), then search for the underlying &ldquogenotype&rdquo (i.e., the underlying gene or genetic variation that causes it). In contrast, molecular biologists often start with the gene, then try to figure out what developmental/biological processes that gene affects. In fact, this latter approach is sometimes called &ldquoreverse genetics&rdquo because it starts with the gene and leads to the trait or function, rather than vice versa. This description might seem to position molecular biology as the &ldquoopposite&rdquo of genetics, but in reality, these days most geneticists also do molecular biology, and vice versa.

Okay, so with that background , here is a brief summary of my experience as a biologist:

During my graduate work (i.e., my Ph.D. thesis project), I studied RNA localization during Drosophilia oogenesis (a fancy way of saying &ldquoin fruit fly ovaries&rdquo). Why is this important or relevant? Well, as I said, animals have different genes that make their anteriors (heads) develop differently from their posteriors (rears), and their dorsal regions (backs) develop differently from their ventral regions (bellies). Sometimes this is accomplished during oogenesis (i.e., egg development) by placing the RNA molecules of a particular gene to a specific subregion of the egg. I studied this process in fruit flies for a few genes that play a role in dorsal-ventral (i.e., front-versus-back) patterning. I published several papers on my findings, including one where I isolated the Transport-Localization Sequence (TLS) for a gene called K10 - basically, this was a part of the RNA that enabled it to be located to a particular part of the egg cell. Apparently, someone has even created a Wikipedia page for the K10 TLS. (I swear it wasn&rsquot me!)

In 1995, I began my &ldquopost-doc&rdquo - that is, a temporary position biologists generally take if they want to continue working in academia. For my post-doc, I chose to work at a lab at UC Berkeley that used a variety of molecular and genetic approaches to identify novel genes involved in development. Once again, I was working with Drosophilia/fruit flies, because they are one of the best (if not the best!) animal model for using genetic approaches. For this reason, a large number of genes that are now known to play important roles in development in most animals were first identified in Drosophila.

I worked on a number of different projects during my post-doc. I collaborated on a reverse genetic screen to identify novel membrane and secreted proteins - these types of proteins play an important role in cell-cell communication, where cells instruct one another on what type(s) of cell they should become and/or what they should be doing. I followed up on a number of genes that came out of that screen, and that work eventually resulted in publications on three genes: synaptotagmin IV, matrix metalloproteinase-2, and bitesize (the only Drosophila synaptotagmin-like protein). Interestingly (given my thesis work), bitesize RNA is localized within cells, and the sequence responsible for this localization is located within the protein-coding region of the gene. While this was not an earth-shattering discovery by any means, it was the first example of this happening in an animal, which is kind of neat. I named the gene &ldquobitesize&rdquo because mutations in the gene resulted in animals that were smaller than normal, due to a reduction in both cell size and number. The name was also a bit of an inside joke for me, as at the time that I was working on the gene, I played in a band called Bitesize.

Also during my post-doc, I carried out a genetic interaction screen for genes involved in the Rho GTPase signaling pathway, which controls cell shape changes, in addition to numerous other biological processes. Genes in this pathway are known to go awry in many instances of cancer. While I found a number of potentially interesting mutations, that work was never published.

After my post-doc, I got a new job at UC Berkeley as a Research Specialist, which basically means that I was a staff scientist working in a professor&rsquos lab. This new lab was an Evo Devo lab, and we studied development in an amphipod crustacean called Parhyale hawaiensis. They are in the same broader family (Malacostraca) that includes shrimp, crayfish, and lobsters - and that&rsquos kind of what they looked like, except much smaller.

As one does in Evo Devo, we examined developmental genes and processes in Parhyale, and compared and contrasted them to their counterparts in related crustaceans, as well as other arthropods more generally. I studied Hox genes in this organism - these are a set of related genes that are expressed in different regions along the anterior-posterior (i.e., head-to-tail) axis. An example of two Hox genes in Parhyale is shown on the right: a Hox gene called &ldquoDeformed&rdquo (in red) is expressed just anterior to (i.e., ahead of) a Hox gene called &ldquoSex combs reduced&rdquo (in yellow) during Parhyale embryo development. Each Hox gene helps to determine the particular region of the animal that they are expressed in - they do this by binding to DNA and turning other genes on or off. And when Hox genes are mutated or mis-expressed (i.e., turned on in a different region of the animal than normal), it often leads to what are called &ldquohomeotic transformations,&rdquo where body parts in one region of an animal are transformed to resemble those of another region.

Crustaceans such as Parhyale are a great system for looking at Hox genes because they make different types of appendages (e.g., antenna, feeding appendages, claws, walking legs, swimming legs) on each segment. So when Hox genes are mutated or mis-expressed, it sometimes leads to very obvious changes in these appendages. For example, the picture to the right shows appendages from the first segment of the Parhyale abdomen. Normally, these legs are straight and feathery because they are designed for swimming (as shown in the leg on the left). But when you knock-down a particular Hox gene, these appendages instead develop into walking legs (as shown in the leg on the right).

During my time in this lab, I isolated all the Parhyale Hox genes and (along with a graduate student in the lab) examined their expression patterns. Additionally, I isolated most of the chromosomal region containing the Hox genes (as they tend to be clustered together along the chromosome in most animals). All of that work has been recently published. I also attempted to knock-down or mis-express a number of these Hox genes, and I got some intriguing results - some of these results, along with subsequent and more extensive analyses performed by other lab members, have been published here.

So that is an overview of my work as a biologist. Here are some common follow up questions that I often receive:

Do you still work as a biologist? No, not at the moment. The grant that was paying my salary at my last position ended (as grants inevitably do). So right now, I am making ends meet through my writing and by giving talks about gender, sexuality, feminism, and LGBTQ issues at various colleges and conferences.

Were you a professor at UC Berkeley? If not, do you want to be a professor someday? No, I was a post-doc and a research specialist, not a professor. These days, it is very difficult to get assistant professor/tenure-track positions in biology. And even if you do get a tenure-track position, it is extremely difficult to secure grants to fund your research (which you are expected to obtain, and if you do not, you will eventually lose your position). Given all my &ldquoextracurricular activities&rdquo (e.g., as an author, speaker, performer, musician), I felt that it would be difficult to pursue those intellectual interests and life goals if I plunged myself completely into working to become a professor in biology. Having said that, I would be open to becoming a professor someday under the right circumstances (especially if it were an interdisciplinary position where I could continue to pursue my interests in Gender and Queer Studies).

Did you do any teaching? Not at UC Berkeley, but I did when I was in college (where I taught biology labs for Life Science majors) and graduate school (where I was a teaching assistant). In the last ten years, I have been a guest lecturer in a wide variety of college classes, albeit in the humanities - e.g., in Gender, Women, and Queer Studies, Anthropology, Human Sexuality, and Psychology courses - some examples of these can be found on my presentations webpage.

Did you ever study gender as a biologist? No, although my background in biology has enabled me to understand (and therefore critique) gender-related research that other biologists carry out. To be clear, it&rsquos not that I believe that biology plays no role whatsoever in gender - as I&rsquove written about elsewhere (most notably, Chapter 13 of my book Excluded), I believe that shared biology, biological variation, shared culture, and individual experience all come together in an unfathomably complex manner to create both the trends as well as the diversity in gender and sexuality that we see all around us.

Scientists are always supposed to question our own assumptions and biases. That is relatively easier to do when we are studying galaxy formation or crustacean leg development, where our own identities are not directly called into question, and where there is a sense that we are peering into the great unknown. But virtually all of us - lay people and scientists alike - feel that we are already intimately familiar with gender. We all view gender and sexuality through a prism of presumptions, biases, and value judgments that are unconscious and invisible to us. As a result, the overwhelming majority of biological research into gender and sexuality merely ends up reaffirming researchers&rsquo confirmation bias. And typically these researchers will completely ignore culture and environment, and presume that biology is causing whatever differences they identify, despite the fact that culture is known to have a great impact on gender and sexuality.

Of course, researchers in the humanities are just as guilty of this, but in reverse: They presume that gender and sexuality are entirely the products of culture. Once again, in Chapter 13 of my book Excluded, I explain why this presumption (which I call &ldquogender artifactualization&rdquo) is erroneous.

Unfortunately, the biology/humanities divide allows researchers on either side to ignore one another&rsquos research. If there are any subjects that are worthy of - nay, require! - an interdisciplinary approach, it is gender and sexuality. Yet, there are only a handful of academics who study gender and sexuality that have a truly interdisciplinary understanding of these subjects. Personally, I wish that biologists who want to study gender would take several Gender Studies classes as a prerequisite before engaging in any gender-related research. Similarly, Gender Studies (as a field) would be far better served if students were required to take advance courses in biology.

Did you ever face any discrimination for being transgender and/or a woman as a scientist? Not especially. But frankly, I do not believe that my experience is very representative.

For starters, I have mostly worked in the field of Developmental Biology, which has a female/male ratio that is far closer to 50/50 than most scientific fields. In fact, two of the three labs that I worked in had more women researchers than men. On top of that, studies that have been done on gender bias in science indicate that the proverbial glass ceiling does not have quite as much of an effect on early career stages (e.g., college, grad school, post-doc) as it does on later stages (e.g., determining whether one gets professorships, tenure, promotions, etc.). Because I have only ever been a post-doc and research specialist, I have only ever been judged by my direct superiors (i.e., the professors whose lab I worked in). And thankfully (or better put: as it should be), they have always taken me seriously and respected me.

Similarly, I have not faced obvious discrimination in the workplace for being transgender. But once again, this is highly anecdotal. I live in the SF Bay Area, where people tend to be more LGBTQ-friendly than most places. Having said that, I know someone who worked as a technician in a molecular biology lab in the Bay Area who transitioned around the same time that I did. And while my P.I. (Principal Investigator, aka, boss) was very supportive, his was not and asked him to leave the lab. (this was before the UC system had a policy regarding transgender employees.)

For anyone interested in the effects of gender bias in science, I highly encourage you to read Ben Barres&rsquos article Does Gender Matter? and the corresponding NY Times interview with him. Barres is a neuroscientist and a trans man, and he discusses his own personal experience with gender bias, as well as reviewing the existing research on the subject. Also, both Barres and myself were interviewed by the magazine العالم about our experiences as transgender scientists. To be honest, I am not a big fan of how transition-focused the article turned out, and the way it gives the impression that it is trans people&rsquos job to make their co-workers feel at ease. But it may be of interest to other transgender scientists.

  • The Pacifica station KPFA-FM (Berkeley, CA) program Against the Grain aired Nurture, Not Nature?, an interview with Julia about Excluded and her views on the nature-versus-nuture debate with regards to gender and sexuality. Originally aired November 25, 2013.
  • Ethnography Matters interviewed Julia about Excluded and other topics (see &ldquoGenes, fruit flies and the Ramones&rdquo) on October 27, 2013.
  • Julia is one of the people interviewed about feminism, science, & the nature-vs-nurture debate in the 2014 Bitch Magazine article &ldquoBorn that Way?&rdquo

Julia Michelle Serano, Ph.D.
Biologist (Developmental Biology, Genetics, Molecular Biology, Evolution and Development)

What follows is a description of my skills and experience as a biologist. My experience as a writer can be found here.

SCIENTIFIC RESEARCH EXPERIENCE

Research Specialist, University of California, Berkeley (2003-2012)
Principal Investigator: Nipam H. Patel, Ph.D.
--Isolation, expression, and functional and evolutionary analyses of Hox genes in the amphipod crustacean Parhyale hawaiensis.

Post-doctoral Fellow, University of California, Berkeley (1995-2003)
Principal Investigator: Gerald M. Rubin, Ph.D.
--Isolation, and genetic and functional characterization of numerous ذبابة الفاكهة سوداء البطن genes, including synaptotagmin IV, matrix metalloproteinase-2، و bitesize.

Graduate Research, Columbia University (1989-1995)
Thesis Advisor: Robert S. Cohen, Ph.D.
--Dissertation on mRNA localization in the ذبابة الفاكهة سوداء البطن oocyte.

SCIENTIFIC TECHNICAL SKILLS

Molecular Biology:
DNA/RNA isolation and analysis, Southern blotting, DNA sequencing, degenerate and inverse PCR, cDNA and BAC library screening, gene cloning and characterization, isolation of full-length cDNAs, RACE and quantitative RT-PCR, site-directed mutagenesis, vector and gene-fusion construction.

Genetics:
Genetic interaction and enhancer trap screens, transposable element, EMS and X-ray mutagenesis, meiotic mapping, mosaic analyses, RNAi, characterization of mutant phenotypes.

Animal Model Systems:
Expertise in raising and working with ذبابة الفاكهة سوداء البطن و Parhyale hawaiensis. Techniques include embryo isolation and preparation, microinjection, germline transformation, gene knockdown and misexpression, microdissection of embryos, larvae, hatchlings and adults, familiarity with stages of embryonic development, and with the evolution and development of other closely related Arthropod species.

Histology and Microscopy:
Whole mount فى الموقع hybridization and immunocytochemistry, GFP and immunoflourecence, beta-gal histochemical assays, phaloidin and DAPI staining, fixation and sectioning of tissues, scanning electron microscopy, confocal microscopy, eggshell and embryo cuticle preparations.

Computer Skills:
Biological database searches and analyses, familiarity with the following programs: Sequencher, MacVector, Photoshop, Illustrator, Power Point, Microsoft Word, Excel, MacOS, and basic HTML.

Laboratory Management and Teamwork Skills:
Supervision of graduate students and laboratory technicians, lab manager, experience working as a team member on high throughput screens, established collaborations with researchers in other laboratories, strategic design of laboratory experiments, strong critical thinking capability, excellent written and oral communication skills.

  • Serano J.M., Martin A., Liubicich D.M., Jarvis E., Bruce H.S., La K., Browne W.E., Grimwood J., Patel N.H., 2016. Comprehensive analysis of Hox gene expression in the amphipod crustacean Parhyale hawaiensis. علم الأحياء التنموي, 409 (1), 297-309. [PDF] click for article
  • Martin A., Serano J.M., Jarvis E., Bruce H.S., Wang J., Ray S., Barker C.A., O&rsquoConnell L.C., Patel N.H., 2016. CRISPR/Cas9 Mutagenesis Reveals Versatile Roles of Hox Genes in Crustacean Limb Specification and Evolution. علم الأحياء الحالي, 26 (1), 14-26. [PDF] click for article
  • Liubicich, D.M., Serano, J.M., Pavlopoulos, A., Kontarakis, Z., Protas, M.E., Kwan, E., Chatterjee, S., Tran, K.D., Averof, M., Patel, N.H., 2009. Knockdown of Parhyale Ultrabithorax recapitulates evolutionary changes in crustacean appendage morphology. بروك. ناتل. أكاد. علوم. U. S. A. 106, 13892-13896.
  • Pavlopoulos, A., Kontarakis, Z., Liubicich, D.M., Serano, J.M., Akam, M., Patel, N.H., Averof, M., 2009. Probing the evolution of appendage specialization by Hox gene misexpression in an emerging model crustacean, Proc. ناتل. أكاد. علوم. U. S. A. 106, 13897-13902.
  • Serano, J. and Rubin, G. M. (2003). The Drosophila synaptotagmin-like protein bitesize is required for growth and has mRNA localization sequences within its open reading frame. بروك. ناتل. أكاد. علوم. USA 100, 13368-13373. [PDF] click for article
  • Page-McCaw, A., Serano, J., Sante, J. and Rubin, G.M. (2003) Drosophila Matrix Metalloproteinases are required for tissue remodeling but not embryonic development. Developmental Cell 4, 95-106.
  • Littleton, J. T.*, Serano, T. L.*, Rubin, G. M., Ganetzky, B. and Chapman, E. R. (1999). Synaptic function modulated by changes in the ratio of Synaptotagmin I and IV. Nature 400, 757-760.
    * these authors contributed equally to this work
  • Kopczynski, C. C., Noodermeer, J. N., Serano, T. L., Chen, W.-Y., Pendleton, J. D., Lewis, S., Goodman, C. S. and Rubin, G. M. (1998). A high throughput screen to identify secreted and transmembrane proteins involved in Drosophila embryogenesis. بروك. ناتل. أكاد. علوم. USA 95, 9973-9978.
  • Karlin-McGinness, M., Serano, T. L. and Cohen, R. S. (1996). Comparative analysis of the kinetics and dynamics of K10, bicoid, and oskar mRNA localization in the Drosophila oocyte. ديف. جينيه. 19, 238-248.
  • Serano, T. L. and Cohen, R. S. (1995). A small predicted stem-loop structure mediates oocyte localization of Drosophila K10 mRNA. Development 121, 3809-3818.
  • Serano, T. L. and Cohen, R. S. (1995). Gratuitous mRNA localization in the Drosophila oocyte. Development 121, 3013-3021.
  • Serano, T. L., Karlin-McGinness, M. and Cohen, R. S. (1995). The role of fs(1)K10 in the localization of the mRNA of the TGFalpha homolog gurken within the Drosophila oocyte. ميكانيكي. of Dev. 51, 183-192.
  • Cohen, R. S. and Serano, T. L. (1995). mRNA localization and function of the Drosophila fs(1)K10 gene. In Localized RNAs (ed. H. D. Lipshitz), pp. 99-112. Austin: R. G. Landes.
  • Serano, T. L., Cheung, H.-K., Frank, L. H. and Cohen, R. S. (1994). P element transformation vectors for studying Drosophila melanogaster oogenesis and early embryogenesis. Gene 138, 181-186.
  • Cheung, H.-K., Serano, T. L. and Cohen, R. S. (1992). Evidence for a highly selective RNA transport system and its role in establishing the dorsoventral axis of the Drosophila egg. Development 114, 653-661.

1989-1995:
جامعة كولومبيا
New York, New York
دكتوراه. in Biochemistry and Molecular Biophysics
Dissertation: mRNA localization in the Drosophila oocyte

1985-1989:
Philadelphia University
Philadelphia, Pennsylvania
B. A. in Life Science

The Leukemia and Lymphoma Society Special Fellow Award, 2000-2003.
Tobacco-Related Disease Research Program Postdoctoral Fellowship (awarded in 2000, but declined).
The Jane Coffin Childs Memorial Fund for Medical Research Postdoctoral Fellowship, 1996-1999.
National Eye Institute Training Grant, 1989-1992.
Full Academic Scholarship, Philadelphia University, 1985-1989.


شاهد الفيديو: تركيب البروتين: الدرس الأول العلاقة بين المورثة والبروتين (شهر فبراير 2023).