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Secuencia de genes y ADN

Secuencia de genes y ADN


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¿Puede alguien ayudarme con esto?

Muestra dos secuencias de genes para una oveja y una cabra.

5 '------ CCTGAGGAGCATGT T ------ 3' 3 '------ GGACTCCTCGTACA A ------ 5' 5 6 7 8 9 5 '------ CCTGAGGGGCATGT T ------ 3 '3' ------ GGACTCCCCGTACA A ------ 5 '5 6 7 8 9

Espero que puedas verlo.

número 1 = cabra número 2 = oveja

  1. ¿Qué diferencias hay entre las dos secuencias de genes?

  2. ¿Decidir los aminoácidos 5-9 para ambas secuencias de genes?


La secuencia del ADN y la biología del cromosoma 19 humano

El cromosoma 19 tiene la densidad genética más alta de todos los cromosomas humanos, más del doble del promedio de todo el genoma. Las grandes familias de genes agrupadas, correspondiente alto contenido de G + C, islas CpG y densidad de ADN repetitivo indican un cromosoma rico en importancia biológica y evolutiva. Aquí describimos 55,8 millones de pares de bases de secuencia terminada de alta precisión que representan el 99,9% de la porción de eucromatina del cromosoma. La curación manual de los loci de genes revela 1.461 genes que codifican proteínas y 321 pseudogenes. Entre estos se encuentran genes directamente implicados en los trastornos mendelianos, incluida la hipercolesterolemia familiar y la diabetes resistente a la insulina. Casi una cuarta parte de estos genes pertenecen a familias dispuestas en tándem, que abarcan más del 25% del cromosoma. Los análisis comparativos muestran una imagen fascinante de conservación y divergencia, revelando grandes bloques de ortología genética con roedores, regiones dispersas con expansiones y deleciones de familias de genes más recientes, y segmentos de conservación codificante y no codificante con la distante especie de peces Takifugu.


Una breve historia de las patentes de ADN

El ADN contiene información de una manera que otras biomoléculas no lo hacen. Incluso descartar una mancha de sangre o un poco de saliva no evita que las secuencias de ADN reveladoras permanezcan en una base de datos.

Consideramos nuestros datos de ADN de manera diferente a como lo hacemos, digamos, los resultados de las pruebas de colesterol. & ldquoGenes son únicos & lsquoours. & rsquo Dicen algo sobre nosotros en algún nivel fundamental, más que una mamografía o una prueba de Papanicolaou o una radiografía, & rdquo dijo James Evans, MD PhD, profesor de genética en la Universidad de Carolina del Norte, Chapel Hill .

Nuestro apego emocional a nuestros genomas puede ser parte de por qué la patentabilidad del BRCA1 y BRCA2 Los genes de susceptibilidad al cáncer han estado haciendo ping de un tribunal a otro durante años.

CERVIXES Y BAZOS MARCARON EL CAMINO
Los dos casos más famosos de partes del cuerpo explotadas con fines de lucro y células cancerosas silvestres y John Moore y rsquos celebraron el bazo y no pueden igualar el poder del identificador de 3 mil millones de bits que es un genoma humano. Incluso pequeñas partes del genoma, combinadas con frecuencias de población, son poderosas etiquetas de identificación, como la Corte Suprema enfrentó hace unas semanas en el fallo sobre el uso ampliado de la tipificación forense de ADN.

Las células HeLa se originaron en el cuello uterino de una mujer afroamericana pobre y sin educación. En 1951, se tomaron muestras de células inusualmente prolíficas de Henrietta Lacks & rsquos, se cultivaron y se enviaron a laboratorios de todo el mundo, sin que ella o su familia lo supieran. Una película de HBO pronto dará vida al libro de Rebecca Skloot & rsquos sobre este cuento estándar de Bio 101.

John Moore renunció a su bazo inflamado en 1976 para tratar su leucemia, sin saber que su médico, hospital y una empresa de biotecnología patentarían las células y venderían una proteína inusual que producían. Moore demandó, pero la Corte Suprema de California falló en su contra, encontrando que las células removidas no son el equivalente ni el producto de una persona.

PATENTANDO VIDA Y SUS PARTES
La Ley de Patentes de los Estados Unidos, aprobada en 1790, definió una invención patentable como novedosa, útil y no obvia para un experto en la materia. Es fácil ver cómo se puede aplicar una patente a un inodoro o Spanx, pero el panorama se vuelve confuso en lo que respecta al ADN.

Uno puede patentar ideas, leyes de la naturaleza o productos de la naturaleza. Pero está bien aislar una sustancia química de la naturaleza desde que Parke-Davis reclamó adrenalina en 1911, considerándola diferente fuera del cuerpo.

La ley de patentes de EE. UU. Se infiltró en la biología en 1980, con la bacteria General Electric & rsquos & ldquooil eater & rdquo que combinó anillos de ADN (plásmidos) de cuatro microbios. La naturaleza no había inventado la combinación, aunque las partes estaban en la naturaleza. El comedor de aceite es como inventar mezclas de mantequilla de maní y mermelada.

En 1990, la oficina de patentes agregó reglas para reclamar secuencias de ADN. En un año, Amgen patentó el primer gen, la eritropoyetina (EPO), que se usa para tratar la anemia y que algunos atletas famosos abusan de ella. La Unión Europea declaró los genes patentables en 1998.

Una secuencia de ADN genérico menos las partes que no codifican proteínas (los intrones) lo hace patentable, argumentó Myriad, porque ya no es un "producto de la naturaleza". El tribunal acordó que este ADN complementario se convierte en una nueva "composición de materia". & ldquocomplementary & rdquo porque corresponde a la secuencia de ARN mensajero que excluye los intrones, no & ldquocomposite DNA & rdquo como en la versión inicial de la decisión de la semana pasada & rsquos.

LA ENFERMEDAD DE CANAVAN FUE PRIMERO
Una batalla temprana de patentes de genes descrita en mi libro de terapia génica fue incluso más enloquecedora de lo que afirma Myriad & rsquos.

La enfermedad de Canavan despoja a las células cerebrales de su capa aislante de mielina desde la infancia y suele ser letal antes de la edad adulta. Canavan es una de las "enfermedades genéticas judías", pero al ADN no le importa en quién muta y nadie puede heredarlo. Los niños afectados que no son judíos pueden tener dificultades para ser diagnosticados cuando los médicos consideran la religión primero y la genética en segundo lugar (sucede). DNA Science exploró recientemente la enfermedad.

Max Randell recibió terapia génica para la enfermedad de Canavan. Él & rsquos 15 ahora. (Foto: Mike Randell)

Una prueba genética es esencial para confirmar el diagnóstico de la enfermedad de Canavan, debido a los síntomas compartidos con otras leucodistrofias. La enzima responsable no se encuentra normalmente en la sangre y una prueba de orina es inespecífica.

En 1997, la patente de la secuencia del gen Canavan se otorgó a cuatro investigadores y al Miami Children & rsquos Hospital, aunque los laboratorios ya la estaban usando. El hospital se puso en contacto con todos los laboratorios que ofrecían la prueba exigiendo que se detuvieran, en un momento en que los grupos de defensa de los pacientes finalmente habían conseguido programas de pruebas para toda la comunidad judía y no solo las familias afectadas y despegaron.

La carta del hospital y rsquos decía: Tenemos la intención de hacer cumplir enérgicamente nuestros derechos de propiedad intelectual relacionados con las pruebas de ADN de portadores, embarazos y pacientes., & rdquo supuestamente para recuperar los costos de desarrollar la prueba & ndash, que fue el trabajo de un estudiante graduado que estaba y sigue horrorizado. Luego se convirtió en uno de los líderes del campo de la terapia génica.

La crueldad de cobrar por la prueba genética de la enfermedad de Canavan estaba casi más allá de la comprensión. ¡Los padres que habían donado cerebros de sus hijos y rsquos a los investigadores tuvieron que pagar para hacerles la prueba a sus otros hijos!

Greenberg y col. v. Miami Children & rsquos Hospital et al. se resolvió extrajudicialmente cuando los demandantes se quedaron sin fondos y, como resultado, el precio de la prueba cayó y los investigadores pudieron utilizar el gen. Tres años después de que la patente del gen Canavan emitiera, en 2000, la primera de Myriad Genetics y rsquo BRCA patentes emitidas. Ellos y rsquo han provocado indignación desde entonces.

La Unión Estadounidense de Libertades Civiles y la Asociación de Patología Molecular, que representan a 150.000 genetistas, sobrevivientes de cáncer, patólogos y otros, demandaron a la Oficina de Patentes y Marcas Registradas de EE. UU. (USPTO), Myriad y a la Universidad de Utah en mayo de 2009. El 29 de marzo, En 2010, el juez superior Robert W. Sweet del Tribunal de Distrito Federal para el Distrito Sur de Nueva York declaró inválidas las patentes. Dijo en el Congreso Internacional de Genética Humana en 2011, “Un gen humano no es una invención. La existencia del ADN y rsquos en forma aislada no altera ni esta cualidad fundamental del ADN tal como existe en el cuerpo ni la información que contiene. & Rdquo

En agosto de 2011, la Corte de Apelaciones del Circuito Federal de EE. UU. Anuló la decisión del Juez Sweet & rsquos, y luego la anulación de la Corte Suprema & rsquos del 26 de marzo de 2012 mantuvo la pelota de patentes en juego hasta la decisión del 13 de junio de 2013 en contra de patentar los genes, pero absolviendo sus ADNc.

Con una quinta parte de los aproximadamente 20,325 genes humanos patentados, y el costo y el tiempo para secuenciar un genoma o exoma humanos cayendo en picado, la decisión es importante. Con tantas aplicaciones de la información en nuestros genomas ya aquí, la idea de poseer un gen ha sido obsoleta durante algún tiempo. Me alegro de que la Corte se haya puesto al día con la ciencia y el sentido común.

Resumiendo James Evans, "el genoma humano es un legado compartido". No podría estar más de acuerdo.

(Los exones de esta publicación se publicaron el año pasado en Científico americano blogs, en un artículo que escribí en 1979 olvido dónde, en mis libros de texto y en mis materiales didácticos. ¡La ley de derechos de autor en estos días puede ser tan confusa como la ley de patentes!)


# 35 El código genético - síntesis de proteínas

Un polipéptido está codificado por un gen y ese gen es una secuencia de nucleótidos que forma parte de una molécula de ADN.

La secuencia de bases en una molécula de ADN es un código que determina la secuencia en la que los aminoácidos se unen al formar una molécula de proteína. Una secuencia de nucleótidos de ADN que codifica 1 polipéptido, o 1 proteína, se conoce como gene.

La secuencia de aminoácidos en una proteína: su estructura primaria determina su forma tridimensional y, por lo tanto, sus propiedades y funciones. Por ejemplo, la estructura primaria de una enzima determina la forma de su sitio activo y, por lo tanto, el sustrato al que puede unirse.

Una serie de 3 bases en una molécula de ADN, llamada base. trillizo, códigos para 1 aminoácido. La hebra de ADN que se utiliza en la síntesis de proteínas se llama hebra de plantilla. Por ejemplo, esta es la secuencia de aminoácidos codificada por la hebra molde de una longitud particular de ADN:

Hay 20 aminoácidos. Debido a que hay 4 bases, hay 4 3 - 64 diferentes combinaciones posibles de bases en un triplete. Por lo tanto, algunos aminoácidos están codificados por más de un triplete. Por ejemplo, los tripletes AAA y AAG codifican el aminoácido fenilalanina. Por tanto, se dice que el código es degenerado.

Las proteínas se producen en los ribosomas del citoplasma, uniendo los aminoácidos a través de enlaces peptídicos. La secuencia en la que se enlazan los aminoácidos está determinada por la secuencia de bases en una longitud de ADN en el núcleo.

Traducción y transcripción

  • En el núcleo, la doble hélice del ADN se descomprime, dejando al descubierto las bases de cada hebra.
  • Hay 4 tipos de nucleótidos de ARN libres en el núcleo, con las bases A, C, G y U. Los nucleótidos de ARN forman enlaces H con las bases expuestas en la hebra molde del ADN.

Frederick Sanger nació en Rendcombe, Inglaterra. Su padre era médico y se esperaba que Fred también ingresara al campo de la medicina. A medida que Sanger creció, se interesó mucho por la naturaleza y la ciencia y cuando fue a la Universidad de Cambridge, tomó la decisión de no estudiar medicina. Sintió que una carrera en ciencias le daría una mejor oportunidad de convertirse en un solucionador de problemas.

Sanger fue un objetor de conciencia durante la guerra debido a su educación cuáquera. Después de su B.A. en 1939, se quedó en Cambridge para hacer un doctorado. con Albert Neuberger, sobre el metabolismo de los aminoácidos. Después de su Ph.D. en 1943, Sanger comenzó a trabajar para A. C. Chibnall, en la identificación de los grupos amino libres en la insulina. En el curso de la identificación de los grupos amino, Sanger descubrió formas de ordenar los aminoácidos. Fue la primera persona en obtener una secuencia de proteínas. Al hacerlo, Sanger demostró que las proteínas eran moléculas ordenadas y, por analogía, los genes y el ADN que fabrican estas proteínas también deberían tener un orden o secuencia. Sanger ganó su primer Premio Nobel de Química en 1958 por su trabajo sobre la estructura de las proteínas.

En 1951, Sanger formaba parte del personal del Consejo de Investigación Médica de la Universidad de Cambridge. En 1962, se trasladó con el Medical Research Council al Laboratorio de Biología Molecular en Cambridge, donde Francis Crick, John Kendrew, Aaron Klug y otros estaban trabajando en un problema relacionado con el ADN. Resolver el problema de la secuenciación del ADN se convirtió en una extensión natural de su trabajo en secuenciación de proteínas. Sanger inicialmente investigó formas de secuenciar el ARN porque era más pequeño. Eventualmente, esto condujo a técnicas que eran aplicables al ADN y finalmente al método didesoxi más comúnmente utilizado en las reacciones de secuenciación en la actualidad. Sanger ganó un segundo Premio Nobel de Química en 1980 compartiéndolo con Walter Gilbert, por sus contribuciones sobre la determinación de secuencias de bases en ácidos nucleicos, y Paul Berg por su trabajo sobre ADN recombinante.

Sanger se jubiló en 1983 y pasó la mayor parte del tiempo trabajando en su jardín. Le dio a su esposa, Margaret Joan, mucho crédito por ser un compañero de apoyo en la parte no científica de su vida. En 1992, el Wellcome Trust y el Medical Research Council establecieron el Sanger Center, un centro de investigación para promover el conocimiento de los genomas. El Centro Sanger fue uno de los principales centros de secuenciación del Proyecto de Secuenciación del Genoma Humano y también se están llevando a cabo proyectos de secuenciación de otros organismos en el Centro Sanger. Según todos los informes, Sanger era un verdadero hombre "gentil", extremadamente cortés y encantador.

Fred Sanger fue uno de los pocos elegidos que han ganado dos o más premios Nobel en la misma categoría. John Bardeen ganó dos veces en Física y el Comité Internacional de la Cruz Roja ganó tres veces en la categoría de Paz.

Las regiones con alto contenido de nucleótidos de GC son técnicamente más difíciles de secuenciar a través de las regiones con alto contenido de AT. ¿Por qué crees que esto es cierto?


Clonación de secuencias de ADN, Importancia del ADN recombinante & # 038 Usos del genoma humano

La secuencia de ADN para la clonación se puede obtener de dos maneras: utilizando ARNm y Separación de la secuencia de ADN del genoma de la célula, donde las células se rompen y el genoma completo se escinde por las enzimas de endonucleasa de restricción. Un genoma de mamífero que se trata en de esta manera se pueden producir millones de fragmentos de ADN. Estos fragmentos de ADN se empalman en plásmidos o fases y se clonan.

Usando ARNm

Es la mejor forma en que se lleva a cabo, de la siguiente manera:

  1. Aísle el ARNm de algunas células en las que está activo el gen de interés, por ejemplo, las células del páncreas que producen insulina y los precursores de los glóbulos rojos que producen hemoglobina porque hay una gran cantidad de ARNm que transmite el mensaje necesario para producirlos. proteínas.
  2. El ARNm se usa como plantilla para hacer una cadena complementaria de ADN usando & # 8220 enzima transcriptasa inversa & # 8221.
  3. Se construye otra hebra simple de ADN que es complementaria a la hebra de ADN sintetizada mediante el uso de la enzima ADN polimerasa, por lo que podemos obtener un ADN de doble hebra que luego se puede clonar.

La enzima transcriptasa inversa es producida por virus que contienen genomas de ARN, ya que la utilizan para convertir sus propios genomas de ARN en ADN que se puede unir al genoma de ADN del anfitrión para asegurar su replicación.

Formas de clonar secuencias de ADN (clonar un gen o una parte del ADN de dos maneras):

Clonación de ADN

Usando los plásmidos o fagos
  1. Aísle el gen o un fragmento de ADN de interés y trátelo con una enzima endonucleasa de restricción que lleva a cortarlo, formando puntas pegajosas.
  2. Los plásmidos se aíslan de las células bacterianas y se tratan con la misma enzima endonucleasa de restricción para reconocer los mismos sitios y cortarlos, dejando los mismos extremos pegajosos.
  3. Cuando las piezas de ADN y los plásmidos se mezclan, algunos de los plásmidos y los extremos pegajosos # 8217 se emparejarán con los del gen deseado (extremos pegajosos del ADN) y los dos se pueden unir mediante la enzima ADN-ligasa.
  4. Los plásmidos preparados se añaden a un cultivo de bacterias o células de levadura que han sido tratadas para hacerlas más permeables al ADN, donde algunos plásmidos son absorbidos por las células y durante la división de las células bacterianas o de levadura, los plásmidos se replican junto con su propio genoma.
  5. Las células se pueden romper y los plásmidos se recuperan tratándolos con la misma enzima endonucleasa de restricción para liberar el gen clonado del plásmido.
  6. A continuación, los genes y los plásmidos pueden separarse mediante centrifugación diferencial para obtener una cantidad suficiente de fragmentos de ADN idénticos que puedan analizarse para determinar su secuencia de nucleótidos o tratarse para trasplantarlos a otra célula.
Usando la máquina de PCR

La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) es capaz de replicar muchos miles de copias de ADN en unos pocos minutos utilizando la & # 8220Taq polimerasa enzima & # 8221 que trabaja a altas temperaturas y esta técnica se utiliza hoy en día.

ADN recombinante

La recombinación del ADN es la introducción de una parte del ADN de un organismo en las células de otro organismo.Algunos científicos imaginaron un momento en el que seremos capaces de introducir copias de genes normales en seres humanos cuyos genes son defectuosos, evitando así mucho sufrimiento y eliminando el necesidad de tratamiento de las deficiencias genéticas con medicamentos.

Las aplicaciones prácticas del ADN recombinante (importancia del ADN recombinante):

En medicina

La producción de proteínas útiles a escala comercial:

Producción de proteína-insulina humana (hormona insulina) para el tratamiento de pacientes diabéticos:

  • La insulina se produce clonando su gen con los plásmidos dentro de las células bacterianas, luego se convertirá en insulina desarrollada por bacterias.
  • Aunque la insulina humana que se produce mediante la técnica del ADN recombinante (en las bacterias) es cara, es mejor para algunos pacientes que no pueden tolerar las ligeras diferencias entre la insulina humana y la que se extrae de las glándulas páncreas de los cerdos y el ganado. mediante un proceso largo y costoso.

Producción de interferones :

  • En el cuerpo, los interferones se producen y liberan a partir de células infectadas por virus, protegiendo así las células sanas vecinas, debido a su capacidad para detener la replicación de los virus (en particular, los virus que contienen genomas de ARN, como los que causan influenza y poliomielitis).
  • Durante la década de 1970, el interferón médico se extraía laboriosamente de las células humanas, por lo que era escaso y muy caro.En la década de 1980, una compañía farmacéutica, investigadores introdujeron 15 genes de interferón humano en células bacterianas. disponible.
  • Se creía que los interferones pueden tratar algunos tipos de cáncer, pero los estudios preliminares que utilizan interferones para tratar el cáncer han sido decepcionantes y esto puede deberse a los problemas técnicos que se pueden superar más adelante.
En agricultura

Los investigadores agrícolas probablemente pronto podrán:

  1. Introducir genes de resistencia a herbicidas y enfermedades importantes dentro de las plantas de cultivo.
  2. Aislar y trasplantar los genes (que permiten a los miembros de las leguminosas albergar bacterias fijadoras de nitrógeno en sus raíces) en otras plantas de cultivo no puede albergar este tipo de bacterias, si podemos trasplantar los genes relevantes a otras plantas de cultivo y establecerlas. con bacterias, eliminaría la necesidad de fertilizantes nitrogenados. Estos fertilizantes son costosos de producir, aplicar y, a menudo, contribuyen a la contaminación del agua en las áreas agrícolas.
En experimentos e investigaciones

Los investigadores pudieron:

  • Transplante el gen de ojos rojo rubí de una cepa de moscas de la fruta (Drosophila) en células que están destinadas a convertirse en órganos reproductores en los embriones de otra cepa, cuando los embriones crecen, transmiten el gen trasplantado que dotó a sus crías con el ojos rojo rubí en lugar de ojos marrones.
  • Introducir un gen de la hormona del crecimiento de ratas o humanos en ratones que han crecido hasta el doble de su tamaño normal, y también transmitieron este gen a sus crías.
Peligros del ADN recombinante

Aunque el ADN recombinante es importante en muchos campos, muchas personas están preocupadas por lo que sucederá, si hay un accidente repentino (tiene muchos peligros), Debido a que se supone que una cepa de bacterias con un gen de una toxina peligrosa se liberaría en el mundo, muchos trabajadores sienten que la posibilidad de que esto suceda es mínima.

Aunque las cepas bacterianas utilizadas en muchos experimentos de ADN recombinante son Escherichia coli, que es una especie que se encuentra universalmente en el intestino humano, las cepas reales utilizadas en el laboratorio han estado fuera de contacto con los cuerpos reales durante miles de generaciones. una forma en que ya no pueden sobrevivir fuera de sus hogares probeta.

Genoma humano

En 1953, Watson y Crick demostraron que los genes son una doble hélice de ADN, En 1980, apareció la idea del genoma y el número de genes humanos que fueron identificados por los científicos fue de unos 450 genes.

A mediados de los ochenta, el número de genes humanos se duplicó tres veces hasta llegar a 1500 genes.Algunos de estos genes fueron los causantes del aumento de colesterol en la sangre (una de las causas de la enfermedad cardíaca) y algunos de ellos son causando la enfermedad del cáncer.

Los científicos descubrieron que hay aproximadamente & # 822060,000: 80,000 & # 8221 genes en el cuerpo humano que existen en 23 pares de cromosomas y el conjunto completo de genes se conoce como & # 8220human genoma & # 8221, donde solo la mitad de estos genes se han descubierto hasta ahora.

El genoma humano es el conjunto completo de genes que se encuentran en los cromosomas de la célula humana.Los cromosomas están ordenados según sus tamaños desde el número (1) al número (23), el cromosoma (X) no forma parte de este arreglo, ya que sigue el cromosoma no. (7) de tamaño, pero está dispuesto al final de los cromosomas y tiene el no. (23).

Ejemplos de genes cuya ubicación se determinó en los cromosomas del ser humano:


Los biólogos proponen secuenciar el ADN de toda la vida en la Tierra

WASHINGTON DC.-Cuando se trata de secuenciación del genoma, a los visionarios les gusta arrojar grandes números: está el Biobanco del Reino Unido, por ejemplo, que promete descifrar los genomas de 500.000 individuos, o el esfuerzo de Islandia por estudiar los genomas de toda su población humana. Ayer, en una reunión organizada aquí por la Iniciativa Smithsonian sobre Genómica de la Biodiversidad y la potencia de secuenciación BGI con sede en Shenzhen, China, un pequeño grupo de investigadores subió aún más la apuesta, anunciando su intención de, eventualmente, secuenciar “toda la vida en la Tierra. "

Su plan, que aún no cuenta con fondos dedicados específicamente a él pero que podría costar al menos varios miles de millones de dólares, ha sido denominado Earth BioGenome Project (EBP). Harris Lewin, un genomicista evolutivo de la Universidad de California, Davis, que forma parte del grupo que ideó esta visión hace dos años, dice que la EBP daría un primer paso hacia su audaz meta al centrarse en los eucariotas: el grupo de organismos que incluye todas las plantas, animales y organismos unicelulares como las amebas.

Esa estrategia, y el concepto general del EBP, encontraron una audiencia receptiva en BioGenomics2017, una reunión de esta semana de conservacionistas, biólogos evolutivos, sistemáticos y otros biólogos interesados ​​en aplicar la genómica a su trabajo. “Esta es una gran idea”, dice Oliver Ryder, biólogo conservacionista del Instituto para la Investigación de la Conservación del Zoológico de San Diego en California. "Si realmente queremos entender cómo evolucionó la vida, la biología del genoma será parte de eso".

Ryder y otros establecieron paralelismos entre el EBP y el Proyecto Genoma Humano, que comenzó como una propuesta ambiciosa, controvertida y, en ese momento, técnicamente imposible, hace más de 30 años. Ese esfuerzo anterior finalmente condujo no solo a la secuenciación del primer genoma humano, sino también a tecnologías de ADN completamente nuevas que están en el centro de muchas fronteras médicas y la base de una industria de 20 mil millones de dólares. “La gente ha aprendido de la experiencia del genoma humano que [la secuenciación] es un avance tremendo en biología”, dice Lewin.

Aún se están elaborando muchos detalles sobre el PBE. Pero como se propone actualmente, el primer paso sería secuenciar con gran detalle el ADN de un miembro de cada familia eucariota (alrededor de 9000 en total) para crear genomas de referencia a la par o mejores que el genoma humano de referencia. Luego vendría la secuenciación, en menor grado, de una especie de cada uno de los 150.000 a 200.000 géneros. Finalmente, los participantes de EBP obtendrían genomas aproximados de los 1,5 millones de especies eucariotas conocidas restantes. Estos genomas de menor resolución podrían mejorarse según sea necesario comparándolos con las referencias familiares o haciendo más secuenciación, dice el coorganizador de EBP, Gene Robinson, investigador de genómica del comportamiento y director del Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica de la Universidad de Illinois en Urbana.

En esta representación del árbol de la vida, hay muy pocos genomas completos (líneas rojas en el borde interior) entre los eucariotas con nombre (verde), pero muchos más entre las bacterias (azul) y las arqueas (violeta). Entre los millones de especies eucariotas, hay relativamente pocas secuencias genómicas de menor resolución (azul, gris claro y oscuro).

Todo el esfuerzo eucariota probablemente costaría aproximadamente lo mismo que lo que costó secuenciar ese primer genoma humano, estiman Lewin, Robinson y el coorganizador de EBP, John Kress, un biólogo evolutivo del Museo Nacional Smithsonian de Historia Natural aquí. Se necesitaron alrededor de $ 2,7 mil millones para leer y ordenar los 3 mil millones de bases que componen el genoma humano, alrededor de $ 4,8 mil millones en dólares de hoy. Con una cantidad comparable de apoyo, el trabajo eucariota del EBP podría realizarse en una década, sugieren sus organizadores.

Tal optimismo surge de los costos de secuenciación de ADN cada vez más bajos (un presentador de la reunión de Complete Genomics, con sede en Mountain View, California, dice que su compañía planea poder secuenciar aproximadamente genomas eucariotas completos por alrededor de $ 100 en un año) y mejoras en la tecnología de secuenciación que hacen posible genomas de mayor calidad, a precios razonables. “Me resultó evidente que en cierto momento sería posible secuenciar toda la vida en la Tierra”, dice Lewin.

Aunque a algunos les puede resultar difícil justificar el precio multimillonario para los investigadores que no estudian a los humanos, los fundamentos de la materia o los misterios del universo, el EBP tiene una ventaja inicial, gracias al trabajo de varias comunidades de investigación que persiguen sus propios objetivos ambiciosos. proyectos de secuenciación. Estos incluyen el Proyecto Genoma 10K, que busca secuenciar 10,000 genomas de vertebrados, uno de cada género i5K, un esfuerzo por descifrar 5,000 artrópodos y B10K, que espera generar genomas para las 10,500 especies de aves. El EBP ayudaría a coordinar, compilar y quizás financiar estos esfuerzos. “El concepto [EBP] es una comunidad de comunidades”, dice Lewin.

También hay compromisos de secuenciación de gigantes en el campo de la genómica, como BGI de China y el Instituto Wellcome Trust Sanger en el Reino Unido. Pero en una reunión de planificación esta semana, quedó claro que los desafíos importantes aguardan a la PBE, incluso más allá de la financiación. Aunque los investigadores de Brasil, China y el Reino Unido dijeron que sus naciones están ansiosas por participar de alguna manera, las 20 personas que asistieron enfatizaron la necesidad de que el esfuerzo sea más internacional, con los países en desarrollo, particularmente aquellos con alta biodiversidad, ayudando a dar forma la forma final del proyecto. Propusieron que el EBP podría ayudar a desarrollar la secuenciación y otros expertos y capacidades tecnológicos en esas regiones. La Red Global de Biodiversidad del Genoma, que está compilando listas e imágenes de especímenes en museos y otros biorrepositorios alrededor del mundo, podría suministrar gran parte del ADN necesario, pero una participación aún más amplia es importante, dice Thomas Gilbert, biólogo evolutivo del Museo de Historia Natural. de Dinamarca en Copenhague.

El grupo de planificación también hizo hincapié en la necesidad de desarrollar estándares para garantizar secuencias genómicas de alta calidad y preservar la información asociada para cada organismo secuenciado, como dónde se recopiló y qué aspecto tenía. Obtener muestras de ADN de la naturaleza puede ser, en última instancia, el mayor desafío y el mayor costo, señalaron varias personas. No todas las muestras de museo producen ADN lo suficientemente bien conservado para genomas de alta calidad. Incluso los especímenes de plantas y animales recientemente recolectados y congelados no siempre se manejan correctamente para preservar su ADN, dice Guojie Zhang, biólogo evolutivo de BGI y la Universidad de Copenhague. Y la falta de estándares podría socavar la utilidad final del proyecto, señala Erich Jarvis, neurobiólogo de la Universidad Rockefeller en la ciudad de Nueva York: “Podríamos gastar dinero en un esfuerzo para todas las especies del planeta, pero podríamos generar mucha basura . "

Pero Lewin es optimista de que eso no sucederá. Después de que describió el EBP en la charla de cierre de BioGenomics2017, estuvo rodeado de investigadores ansiosos por saber qué podían hacer para ayudar. "Es bueno tratar de unir a las tribus", dice José López, biólogo de la Universidad Nova Southeastern en Fort Lauderdale, Florida, cuya "tribu" ha montado "GIGA", un proyecto para secuenciar 7000 invertebrados marinos. “Es un gran esfuerzo. Necesitamos mucha experiencia y mucha gente que pueda contribuir ".


OBJETIVO DE SU ADN CON CRE /SALMÓN AHUMADO SISTEMA

Han pasado 15 años que el Cre /salmón ahumado El sistema se ha utilizado como una forma de controlar artificialmente la expresión génica. Si su radar aún no lo ha detectado, se está perdiendo una forma inteligente de mover fragmentos de ADN en una celda. A lo largo de los años, este sistema ha permitido a los investigadores crear una variedad de animales y plantas modificados genéticamente con el gen de su elección regulado externamente [1]. Esto ha contribuido a nuestra comprensión de cómo funcionan los genes y las proteínas individuales.

El sistema comienza con el cre gen, abreviatura de Cclasificacion recombinación, que codifica una recombinasa de ADN específica del sitio denominada lógicamente Cre [1,2]. Una ADN recombinasa de sitio específico significa que la proteína Cre puede recombinar el ADN cuando localiza sitios específicos en una molécula de ADN (consulte la Figura 1). Estos sitios se conocen como loxP (locus de X-over P1) secuencias, que tienen una longitud de 34 pares de bases e imanes para que las Cre recombinen el ADN que las rodea [2].


Figura 1. Un modelo de función Cre. los loxP los sitios reconocidos por Cre se representan con flechas gruesas y su secuencia de ADN se muestra en la parte inferior.

Cuando las células que tienen loxP sitios en su genoma también expresan Cre, la proteína entra en acción, catalizando un evento de recombinación recíproca entre los loxP sitios (ver Figura 1). ¿Qué significa esto? Bueno ... el ADN de doble hebra se corta en ambos loxP sitios por la proteína Cre y luego ligados (pegados) de nuevo. Como resultado, el ADN entre los loxP los sitios se extirpan y posteriormente se degradan. Es un proceso rápido y eficaz.

Por qué Cre /loxP la escisión de ADN es tan útil

los loxP La secuencia proviene originalmente del bacteriófago P1, que es un virus bacteriano que, razonablemente, contiene ADN que no se encuentra en animales o plantas1. Desde el loxP Las secuencias también tienen una longitud de 34 pares de bases; prácticamente no hay posibilidad de que las encuentre al azar en un genoma. Por lo tanto, loxP sequences can be artificially inserted into animals or plants and used for the precise excision of DNA, without worrying about cutting other parts of an organism’s genome.

Regulating a Gene Using the Cre/loxP System

For a gene to produce a protein it requires a ‘promoter.’ This is a section of DNA in front of the gene that functions to recruit the cellular machinery that will initiate the multi-step process of protein production (called gene expression). How the promoter functions to do this can vary, from always recruiting cellular machinery and thus always being ‘on’, to only doing this in specific tissues or cell types, or being inducible and thus only functioning in the presence of a specific factor or condition. Each type will dictate the amount of protein a gene can produce and thus ultimately control aspects of its function. For this reason, a promoter is considered a ‘regulator’ of gene function.

An artificial type of this regulation can be achieved with the Cre/lox system [1,3-4]. To do this you need to create a transgenic organism with an always ‘on’, or ubiquitous, promoter that is attached to and ready to regulate the gene you would like to control. The trick is: in between the promoter and the gene, a ‘stop’ sequence surrounded with loxP sites is inserted (see Figure 2). The stop sequence is a short sequence with several transcriptional stop codons (terminators) that will prevent the gene from producing a protein.


Figure 2. Cre/salmón ahumado Regulation of a Protein Expression. The gene lacZ has LoxP sequences containing a stop signal that prevent the gene from being expressed. When exposed to the Cre protein the LoxP and stop signal are excised and the gene is expressed. Conditions in which the cre is present thus regulated the expression of the lacZ gene.

Take the example in Figure 2, where you are trying to control the gene lacZ. Transgenic organisms with a ‘stop’ sequence between the promoter and gene cannot express the LacZ protein. When Cre is present in the cells of this organism, it catalyzes recombination between the loxP sites, thereby deleting the ‘stop’ sequence. With the stop sequence deleted the organism would express LacZ, or whichever other gene that was being studied in its place. The conditions in which the Cre is present thus regulated the expression of the gene.

The Cre/lox System in Action

An example of transgenic mice provides an example of how the Cre/salmón ahumado system can be used. In this case we would like to produce a mouse that no longer has a target gene in only one cell type. The Cre/salmón ahumado system provides a method to do this [4] (see Figure 3):

1. Transgenic mice containing a gene surrounded by loxP sites are mated with transgenic mice that have the cre gene expressing only in one cell type.

2. The resulting mice with both the cre gene and the loxP-flanked gene.

3. In tissues with no cre gene the target gene with be present and function normally.

4. In a cell where Cre is expressed, the target gene of interest will be deleted.


Figure 3. Cre/lox Mouse Breeding. Mice with the Cre protein expressing in a specific cell type are bred with mice that contain a target gene surrounded by loxP sites. When the mice are bred, the cells carrying Cre will cause those cells to lose the target gene.

Therefore, if the cre gene is bound to a promoter that only allows Cre production in neuronal cells, the target gene will be deleted only in those cells. This method allows researchers to isolate the effects of genes in specific tissues, thereby providing very specific analysis of gene function. Since the Cre/salmón ahumado system has been used extensively over the last fifteen years, there are now numerous animal, plant and bacterial stocks that already contain the cre gene driven by ubiquitous or tissue-specific promoters. These established lines provide a quick method for breeding experiments like those described above.

Advantages and Disadvantages

The Cre/salmón ahumado system has the advantage of working in almost any type of cell. This versatility has led to its application in many types of experiments, such as, labelling neuronal cells in the brain, differentiating them from surrounding glial cells and looking at the properties of promoters [5]. A more powerful approach to controlling gene expression has also been developed by combining the Cre/salmón ahumado and the tetracycline-regulated transcriptional systems [6]. In this combination system expression of Cre occurs only when the drug tetracycline is administered, allowing researchers to start and stop expression of the gene at any time. The two primary disadvantages of the Cre/salmón ahumado system are that not all tissue specific promoters are perfectly specific [4]. Basal levels of expression in other cell types can sometimes cause unintended gene expression. In addition, the establishment of transgenic systems with inserted genes requires a significant amount of time and money.

The Cre/salmón ahumado system is an invaluable tool for molecular biology. By establishing tissue specific expression, it allows the isolation of individual genes and their functions. Controlling genes through the Cre/salmón ahumado system is comparable to controlling a toy car. You can select the area where the gene will be expressed (direction) and control the level (speed) at which the gene will be expressed.

1. Latchman DS. (2002). Gene Regulation: A Eukaryotic Perspective. Cheltenham: Nelson Thornes. 323p.
2. Perkins AS. (2002). Functional Genomics in the Mouse. Functional & Integrative Genomics 2(3): 81-91.
3. Nagy A, Mar L. (2001). Creation and use of a Cre recombinase transgenic database. Methods in Molecular Biology 158: 95-106.

(Art by Jane Wang – note that high res versions of image files available here)


Importancia

DNA is central to biotechnology and medicine by virtue of the fact that it not only provides the basic blueprint for all life, it is a fundamental determinant of how the body functions and the disease process. Understanding the structure and function of DNA has helped revolutionise the investigation of disease pathways, assess an individual’s genetic susceptibility to specific diseases, diagnose genetic disorders, and formulate new drugs. It is also critical to the identification of pathogens.

Aside from its medical uses, the fact that DNA is unique to each individual makes it a vital forensic tool identifying criminals, the remains of a missing person, and determining the biological parent of a child. Within agriculture DNA is also used to help improve animal livestock and plants.


Does the title of the movie Gattaca refer to a DNA sequence?

Dear Straight Dope:

The movie title Gatacca, though I'm not 100% sure on the spelling, is made up of three DNA nucleic acids … the G, T, and A ones, obviously. I've heard this particular string actually represents something in some species or other, but this seems a little convenient to me for movie making. What's the scoop?

Deren, Cambridge MA

Son of Dex, a biochemist replies:

If you heard this from the same person who suggested that “Gattaca” uses only three letters, then it’s your own damned fault for believing it. But never mind. Does the DNA sequence GATTACA actually represent anything in biology?

First a word about the movie. Released in 1997, Gattaca (the one movie poster I’ve seen gives the title in all caps, for what that’s worth) is set in a vaguely dystopian future, in which DNA information determines everyone’s fate and genetic engineering is used to breed the elite of society. “Gattaca” is the name of an aeronautics company that launches space missions the company itself has nothing to do with genetics. Given the setting, however, it’s easy to believe the name was chosen because of its relationship to DNA.

OK now. The genetic code is written using four “letters,” G, A, T, and C, each of which represents a molecule known as a nucleotide. The letters stand for the names of the four nucleic acids guanine, adenine, thymine, and cytosine. (Yes, U can replace T in RNA, but we’re just going to focus on DNA for this discussion.)

Does this sequence actually occur in any real species? Yes, frequently. Piénsalo. There are seven letters in GATTACA. With four possibilities for each letter, the odds of a seven letter sequence being GATTACA are 1 in 16,384 (4 (superscript: 7)). The human genome contains about 3 billion nucleic acids, which means that the sequence GATTACA probably occurs in the human genome about 180,000 times.

A friend of mine at a rival pharmaceutical company ran the sequence GATTACA through a search program that peruses gene sequence databases. She limited the search to the first 30 genes containing the sequence. The machine not only delivered these 30, which included 23 human genes, 3 fruit fly genes, and 1 E. coli gene, it also mentioned there were approximately 92,000 appearances of the sequence it no report because she only asked for 30.

My father, SDStaff Dex, would no doubt sit back on his haunches, content here. But, in my never-ending efforts to emerge from the old man’s shadow, I feel it my duty to push further: what does this sequence actually significar?

There are basically three functions for a DNA sequence. It can encode a protein, which means that it’s part of a gene. It can be meaningless space filler, in which case it’s called “junk DNA.” Or it can serve as a regulatory sequence, which means that it tells the molecular machinery where to find and when to follow the instructions contained in a gene.

If GATTACA is found in a gene, then its meaning should be easy to figure out. It takes three nucleotides to encode for one amino acid, the fundamental building block of a protein. (Following our metaphor, three “letters” encode a “word” — an amino acid — and multiple “words” are required to create a “sentence,” that is, a protein.) There are seven letters in GATTACA. If we try to “read” it by dividing in to groups of three, we end up with an extra letter. This leads me to believe the name wasn’t chosen because of the protein that it encodes. And anyway, at most it codes for two amino acids, which isn’t particularly meaningful. Most proteins have more than 100 amino acids.

For the record, you can read GATTACA in three ways, depending on where you start. It can be read GAT TAC A, in which case it codes for the amino acids aspartic acid and tyrosine, with an “A” left over. It can also be read G ATT ACA, in which case it starts with an excess G, followed by an isoleucine, and a threonine. Or, for the truly daring, it can be read GA TTA CA, which codes for a leucine in the middle, an extra GA at the front and an extra CA at the end. XGA, where X is any nucleic acid, can stand for arginine, glycine, or a “stop” message, which tells the molecular machinery to stop reading. CAX can stand for glutamine or histadine. Remember, you asked.

That chucks out our first possibility. The second is that GATTACA appears in junk DNA (which statistics alone suggest it surely must). If that’s the case, then it’s meaningless by definition. (There are a number of scientists who think that so called “junk DNA” may actually contain extremely important, highly detailed structural information that is vital to the proper functioning of the body. However, that just gets complicated, so we’ll skip it and assume that junk is junk.)

So what about the last possibility — could the sequence be regulatory? That’s harder to answer. There are lots of regulatory sequences, and they are probably not all even known at this point. I couldn’t find it in any of my textbooks, but then, they don’t generally list DNA sequences in the index. I asked a Ph.D. molecular biologist with whom I work. He didn’t recognize GATTACA as a regulatory sequence, so if that’s what it is, it’s not well known.

Having been failed by both books and co-worker, I naturally turned to the Internet, searching for the sequence GATTACA on the National Center for Biotechnology Information Homepage (www.ncbi.nlm.nih.gov/). I pulled up a reference for the sequence of cytochrome oxidase I of the species Lasioglossum gattaca — that is, a mitochondrial protein in some species of bee. I gotta say that if this is what the film makers were referring to, I sure don’t get the relevance.

That was as far as I could take it. The sequence exists in nature, but if it has any scientific significance it has thus far eluded me.

I got some additional insight from another of my co-workers, who earned her master’s degree decoding DNA sequences. Apparently, she and her entire lab group went to see the film when it opened, and spent some time discussing the meaning of the title. After a great deal of scientific investigation of the same type for which the Straight Dope Science Advisory Board is renowned (which is to say it involved a fair amount of beer), they concluded there really is no other catchy way to put those particular letters together.

They opted not to publish this astonishing result. Meaning that if I publish this first, I’ll get the credit for their work. Ain’t science great?

I happen to know the people who named the sweat bee Lasioglossum gattaca, and that, at least, was named for its sequence. I also saw the movie, and it’s impossible to tell whether the scriptwriters intended it that way, but given the importance of gene sequencing to the plot, I’ll bet they did it on purpose.

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STAFF REPORTS ARE WRITTEN BY THE STRAIGHT DOPE SCIENCE ADVISORY BOARD, CECIL'S ONLINE AUXILIARY. THOUGH THE SDSAB DOES ITS BEST, THESE COLUMNS ARE EDITED BY ED ZOTTI, NOT CECIL, SO ACCURACYWISE YOU'D BETTER KEEP YOUR FINGERS CROSSED.


What does DNA look like?

A DNA molecule is a double helix, a structure that looks much like a ladder twisted into a spiral. The sides of the ladder are made of alternating sugar and phosphate molecules, the sugar of one nucleotide linked to the phosphate of the next. DNA is often said to have a sugar and phosphate "backbone."

Each rung of the ladder is made of two nitrogenous bases linked together in the middle. The length of a DNA molecule is often measured in "base pairs," or bp—that is, the number of rungs in the ladder. Sometimes, this unit of measurement is shortened simply to "bases."

The structure of DNA was worked out in 1953 by James D. Watson and Francis Crick, who worked together in the Cavendish laboratory in Cambridge, England. By the time they began their work in the early 1950s, it was clear that DNA is the hereditary material, and scientists were racing to find out more about the long-ignored molecule, picking apart the implications of each new detail. Everyone knew they couldn't really understand how DNA works until they understood how its nucleotide building blocks are put together.

When Watson and Crick joined the race, they were supposed to be investigating the structure of proteins. But they were both convinced that DNA was a more important molecule, and they shared a passionate interest in finding out its structure. Like kids hiding comic books inside a copy of Moby Dick, they snuck away from their protein work to think about DNA whenever they could.

While many other discoveries about DNA had emerged from laboratory experiments, Watson and Crick relied mainly on abstract thinking. They synthesized all the information that had been gathered about DNA, throwing out what was contradictory and trying to imagine a structure that would be consistent with as many pieces of known information as possible.

Watson and Crick also liked to play with toys. Specifically, they played with ball-and-stick molecular models to gain an understanding of how nucleotides might fit together in three dimensions. They put models together and took them apart, drew molecular diagrams on paper and scratched them out. Eventually, when they hit on the idea of the double helix, everything else they knew about DNA seemed to fall into place.

For example, they realized that if sugar and phosphate molecules formed the sides of the ladder, then any sequence of bases could form the rungs of the ladder, and genetic information could be encoded in the order of the bases. They also realized that the ladder would only fit together if the rungs were formed by specific pairs of bases. Specifically, A must always pair with T, and C with G. Any other combination and the sides of the ladder would be too far apart or too close together. This helped explain why, although the amount of each base can vary from species to species, the amounts of A and T are always equal, as are the amounts of C and G.

In other words, the order of bases on one DNA strand, or side of the ladder, determines the bases on the other side of the ladder. Thus, DNA sequences are often written as if DNA were only single-stranded: AGTCTGGAT . Scientists need sequence only one DNA strand in order to know the sequence of both strands.


Ver el vídeo: SECUENCIACIÓN DEL ADN y ARN ejercicios de secuencias de las bases nivel experto (Febrero 2023).