Geneettinen silmukointi on tekniikka, joka mahdollistaa organismin geneettisen materiaalin hallitun ja tarkan muokkaamisen. Tämä tekniikka on mullistanut molekyylibiologian ja biotekniikan mahdollistaen geneettisten mutaatioiden korjaamisen, geneettisesti muunneltujen organismien luomisen ja uusien lääketieteellisten hoitojen kehittämisen. Geneettistä silmukointia on useita tyyppejä, kuten geenien insertio, geenien deleetio, geenien korvaaminen ja geenien muokkaus. Jokaisella geneettisen silmukoinnin tyypillä on omat sovelluksensa ja niitä voidaan käyttää eri yhteyksissä tieteellisestä tutkimuksesta geneettisesti muunneltujen elintarvikkeiden tuotantoon.
Geneettisten mutaatioiden tyypit: ymmärrä, mitä ne ovat ja niiden muunnelmat.
Geneettiset mutaatiot ovat muutoksia organismin geneettisessä materiaalissa, jotka voivat tapahtua spontaanisti tai ne voivat olla ulkoisten tekijöiden aiheuttamia. Geneettisiä mutaatioita on useita tyyppejä, joilla jokaisella on erityisiä ominaisuuksia, jotka voivat vaikuttaa geenien ilmentymiseen ja aiheuttaa geneettisiä sairauksia.
Yksi geneettisen mutaation muoto on silmukointi, joka tapahtuu, kun DNA:n nukleotidisekvenssissä tapahtuu muutos. Tämä muutos voi johtaa geenin koodaaman proteiinin modifikaatioihin, millä on erilaisia seurauksia organismille.
Geneettistä silmukointia on erityyppisiä, joista tärkeimmät ovat deleetiosilmukointi, insertiosilmukointi ja substituutiosilmukointi. Deleetiosilmukoinnissa DNA-sekvenssistä poistetaan yksi tai useampi nukleotidi, mikä aiheuttaa lukukehyksen muutoksen ja siitä johtuvat muutokset tuotetussa proteiinissa. Insertiosilmukoinnissa sekvenssiin lisätään uusia nukleotideja, mikä myös johtaa muutoksiin proteiinissa. Lopuksi substituutiosilmukoinnissa yksi nukleotidi korvataan toisella, mikä voi muuttaa koodattua aminohappoa ja siten proteiinin rakennetta.
On tärkeää korostaa, että geneettiset mutaatiot, mukaan lukien silmukointi, voivat olla perinnöllisiä tai syntyä spontaanisti organismin elämän aikana. Lisäksi nämä DNA-muutokset voivat vaikuttaa yksilön terveyteen ja kehitykseen, ja ne voivat olla yhteydessä geneettisiin sairauksiin, syöpään ja muihin sairauksiin.
Lyhyesti sanottuna geneettiset mutaatiot, kuten silmukointi, ovat tärkeitä biologisia ilmiöitä, jotka voivat vaikuttaa geenien toimintaan ja joilla voi olla merkittäviä seurauksia eliöille. On ratkaisevan tärkeää ymmärtää erityyppiset geneettiset mutaatiot ja miten ne voivat vaikuttaa elävien olentojen terveyteen ja kehitykseen.
Genetiikan tyypit: opi lisää genetiikan eri näkökohdista ja sovelluksista.
Genetiikka on tiede, joka tutkii elävien organismien perinnöllisyyttä ja vaihtelua. Genetiikassa on eri haaroja, joilla jokaisella on omat ominaispiirteensä ja sovelluksensa. Tunnetuimpia genetiikan tyyppejä ovat klassinen genetiikka, molekyyligenetiikka, populaatiogenetiikka ja kehitysgenetiikka.
Klassinen genetiikka on genetiikan vanhin haara, joka tutkii geenien periytymismalleja ja sitä, miten ne siirtyvät sukupolvelta toiselle. Molekyyligenetiikka puolestaan on tieteenala, joka on omistautunut tutkimaan geenien rakennetta ja toimintaa molekyylitasolla ja tutkii, miten geneettinen informaatio koodataan ja ilmentyy organismeissa.
Populaatiogenetiikka puolestaan analysoi populaation alleelifrekvenssejä ja sitä, miten nämä frekvenssit voivat muuttua ajan myötä erilaisten tekijöiden, kuten luonnonvalinnan ja geneettisen ajautumisen, vuoksi. Lopuksi kehitysgenetiikka tutkii, miten geenit säätelevät organismien kasvua, erilaistumista ja muodostumista niiden kehityksen aikana.
Puhutaanpa nyt geneettisestä silmukoinnista. Geneettinen silmukointi on tekniikka, joka mahdollistaa organismin genomin tarkan muokkaamisen lisäämällä, poistamalla tai korvaamalla DNA-sekvenssejä. Tämä tekniikka on mullistanut bioteknologian ja lääketieteen, sillä se mahdollistaa perinnöllisten sairauksien aiheuttavien geneettisten mutaatioiden korjaamisen ja haluttujen ominaisuuksien omaavien transgeenisten organismien kehittämisen.
Geenien silmukointia on erityyppisiä, joista tärkeimmät ovat CRISPR-Cas9, TALEN ja ZFN. CRISPR-Cas9 on nykyään yleisimmin käytetty tekniikka, koska se on yksinkertaisempi, tarkempi ja tehokkaampi. Se toimii kuin molekyylisakset leikkaamalla DNA:ta tietyistä kohdista, mikä mahdollistaa hallitun genomin muokkaamisen.
Lyhyesti sanottuna genetiikka on kiehtova tiede, jolla on monipuolisia näkökohtia ja sovelluksia, ja geneettinen silmukointi on yksi lupaavimmista ja vallankumouksellisista nykyään saatavilla olevista tekniikoista.
Tutustu neljään geneettisen periytymisen tyyppiin yksinkertaisella ja objektiivisella selityksellä.
Geneettinen silmukointi on prosessi, jolla tiedemiehet muokkaavat elävän organismin geneettistä materiaalia. Tämä voidaan tehdä uusien ominaisuuksien lisäämiseksi tai viallisten geenien korjaamiseksi. Geneettistä silmukointia on erityyppisiä, joista tärkeimmät ovat:
1. Lisäysmuutos: Tällaisessa silmukointiprosessissa uusi geeni lisätään organismin geneettiseen materiaaliin, mikä lisää uuden ominaisuuden.
2. Poistotarkistus: Tässä viallinen geeni poistetaan geneettisestä materiaalista, jolloin korjataan tietty geneettinen ongelma.
3. Korvaava tarkistus: Tässä tapauksessa viallinen geeni korvataan terveellä geenillä, mikä palauttaa vaurioituneen geenin normaalin toiminnan.
4. Kopiointia koskeva tarkistus: Tällaisessa silmukointityypissä geeni kahdentuu geneettisessä materiaalissa, mikä johtaa kyseiseen geeniin liittyvän ominaisuuden suurempaan ilmentymiseen.
Nämä ovat tutkijoiden käyttämiä päätyyppejä geneettisen silmukoinnin avulla, joilla muokataan organismien geneettistä materiaalia tavoitteena parantaa tiettyjä ominaisuuksia tai korjata geneettisiä ongelmia.
Tutustu erilaisiin perinnöllisiin sairauksiin ja niiden periytyviin ominaisuuksiin.
Geneettiset sairaudet johtuvat geenien muutoksista, jotka voivat olla perittyjä tai hankittuja. On olemassa erityyppisiä geneettisiä sairauksia, joilla jokaisella on omat erityiset perinnölliset ominaisuutensa.
Jotkin geneettiset sairaudet, kuten kystinen fibroosi ja lihasdystrofia, johtuvat yhden geenin mutaatioista. Näitä sairauksia kutsutaan monogeenisiksi sairauksiksi, ja ne periytyvät dominantin tai resessiivisen periytymismallin mukaisesti.
Toinen ryhmä geneettisiä sairauksia ovat kromosomipoikkeavuudet, kuten Downin syndrooma ja Turnerin oireyhtymä. Nämä sairaudet johtuvat kromosomien lukumäärän tai rakenteen muutoksista, eivätkä ne yleensä ole perinnöllisiä, vaan esiintyvät satunnaisesti.
Lisäksi on olemassa monimutkaisia geneettisiä sairauksia, jotka johtuvat useiden geenien ja ympäristötekijöiden välisistä vuorovaikutuksista. Esimerkkejä näistä sairauksista ovat tyypin 2 diabetes ja Alzheimerin tauti. Näillä sairauksilla on monitekijäinen periytyminen ja ne liittyvät geneettisiin alttiuksiin yhdistettynä elämäntapoihin ja muihin tekijöihin.
Lyhyesti sanottuna geneettiset sairaudet voidaan luokitella eri tyyppeihin, joilla jokaisella on omat erityiset perinnölliset ominaisuutensa. On tärkeää ymmärtää nämä erot, jotta geneettisiä sairauksia voidaan diagnosoida ja hoitaa paremmin.
Silmukointi (genetiikka): mitä se on, tyypit
O liitos , RNA-silmukointi, joka tunnetaan myös nimellä RNA-silmukointi, on ilmiö, joka tapahtuu eukaryoottisissa organismeissa DNA:n transkription jälkeen RNA:ksi ja johon liittyy intronien poistaminen geenistä, mutta eksonien säilyttäminen. Sitä pidetään perustavanlaatuisena geenien ilmentymiselle.
Se tapahtuu eksonien ja intronien välisen fosfodiesterisidoksen eliminoitumisen ja sitä seuraavan eksonien yhdistymisen kautta. Silmukointia tapahtuu kaikentyyppisissä RNA-molekyyleissä, mutta se on merkityksellisempää lähetti-RNA-molekyylissä. Sitä voi esiintyä myös DNA- ja proteiinimolekyyleissä.
Kun eksonit yhdistyvät, ne voivat joutua kompromissiin tai muuhun muuttumiseen. Tätä kutsutaan vaihtoehtoiseksi silmukointiksi ja sillä on merkittäviä biologisia seurauksia.
Mistä se koostuu?
Geeni on DNA-sekvenssi, joka sisältää fenotyypin ilmentämiseen tarvittavan tiedon. Geenin käsite ei rajoitu pelkästään proteiineina ilmentyviin DNA-sekvensseihin.
Biologian keskeinen "dogma" käsittää DNA:n transkription välituotteeksi lähetti-RNA-molekyyliksi, joka puolestaan käännetään proteiineiksi ribosomien avulla.
Eukaryoottisissa organismeissa nämä pitkät geenisekvenssit kuitenkin katkaistaan sekvenssin tyypillä, joka ei ole välttämätön kyseiselle geenille: introneilla. Jotta lähetti-RNA:n translaatio onnistuisi tehokkaasti, nämä intronit on poistettava.
RNA:n silmukointi on mekanismi, johon liittyy useita kemiallisia reaktioita, joilla poistetaan elementtejä, jotka keskeyttävät tietyn geenin sekvenssin. Näitä säilyneitä elementtejä kutsutaan eksoneiksi.
Missä tämä tapahtuu?
Splenikosomi on massiivinen proteiinikompleksi, joka katalysoi silmukointivaiheita. Se koostuu viiden tyyppisistä pienistä ydin-RNA-molekyyleistä, joita kutsutaan nimellä U1, U2, U4, U5 ja U6, sekä useista proteiineista.
Spekuloidaan, että splenikosomi osallistuu pre-mRNA:n laskostumiseen kohdistaakseen sen oikein kahteen alueeseen, joissa silmukointiprosessi tapahtuu.
Tämä kompleksi kykenee tunnistamaan konsensussekvenssin, joka useimmilla introneilla on lähellä 5'- ja 3'-päitään. On huomattava, että metazoaaneista on löydetty geenejä, joilta nämä sekvenssit puuttuvat ja jotka käyttävät tunnistukseen toista ryhmää pieniä ydin-RNA:ita.
Tyypit
Kirjallisuudessa termiä silmukointi käytetään yleensä lähetti-RNA:han liittyvästä prosessista. Muissa tärkeissä biomolekyyleissä esiintyy kuitenkin erilaisia silmukointiprosesseja.
Proteiinit voivat myös läpikäydä silmukoinnin; tässä tapauksessa molekyylistä poistetaan aminohapposarja.
Poistettua fragmenttia kutsutaan "inteiiniksi". Tämä prosessi tapahtuu luonnostaan organismeissa. Molekyylibiologiassa on kehitetty useita tekniikoita, jotka käyttävät tätä periaatetta ja joihin liittyy proteiinien manipulointia.
Samoin silmukointia tapahtuu myös DNA-tasolla. Näin ollen kaksi aiemmin erotettua DNA-molekyyliä pystyvät sitoutumaan toisiinsa kovalenttisten sidosten kautta.
RNA-silmukoinnin tyypit
Toisaalta RNA-tyypistä riippuen on olemassa erilaisia kemiallisia strategioita, joilla geeni voi eliminoida introneja. Erityisesti pre-mRNA:n silmukointi on monimutkainen prosessi, koska se sisältää sarjan splenikosomin katalysoimia vaiheita. Kemiallisesti prosessi tapahtuu transesteröintireaktioiden kautta.
Esimerkiksi hiivassa prosessi alkaa 5'-alueen pilkkoutumisella tunnistuskohdasta; inoni-eksoni-silmukka muodostuu 2'-5'-fosfodiesterisidoksen kautta. Prosessi jatkuu aukon muodostumisella 3'-alueelle, ja lopuksi tapahtuu kahden eksonin yhdistyminen.
Jotkin ydin- ja mitokondriogeenejä keskeyttävät intronit voidaan liittää yhteen ilman entsyymejä tai energiaa, mutta transesteröintireaktioiden kautta. Tätä ilmiötä on havaittu kehossa. Tetrahymena thermophila .
Toisaalta useimmat ydingeenit kuuluvat intronien ryhmään, jotka tarvitsevat koneita eliminointiprosessin katalysoimiseksi.
Vaihtoehtoinen tarkistus
Ihmisillä on raportoitu olevan noin 90.000 XNUMX erilaista proteiinia, ja aiemmin ajateltiin, että geenejä tulisi olla identtinen määrä.
Uusien teknologioiden ja Human Genome Projectin myötä pääteltiin, että meillä on vain noin 25.000 XNUMX geeniä. Joten miten on mahdollista, että meillä on niin paljon proteiineja?
Eksoneja ei voida koota samassa järjestyksessä kuin ne transkriptoitiin RNA:ksi, vaan ne voivat muodostaa uusia yhdistelmiä. Tätä ilmiötä kutsutaan vaihtoehtoiseksi silmukointiksi. Tästä syystä yksi transkriptoitu geeni voi tuottaa useampaa kuin yhtä proteiinityyppiä.
Tutkija Gilbert selvitti tämän proteiinien ja geenien lukumäärän välisen ristiriidan vuonna 1978, jättäen taakseen perinteisen käsitteen "yhtä geeniä kohden on yksi proteiini".
tehtävät
Kelemenin ym. (2013) mukaan ”yksi tämän tapahtuman tehtävistä on lisätä lähetti-RNA:iden monimuotoisuutta sekä säädellä proteiinien, proteiinien ja nukleiinihappojen sekä proteiinien ja kalvojen välisiä suhteita”.
Näiden kirjoittajien mukaan ”vaihtoehtoinen silmukointi vastaa proteiinien lokalisaation, niiden entsymaattisten ominaisuuksien ja niiden vuorovaikutuksen ligandien kanssa säätelystä”. Se on myös yhdistetty solujen erilaistumisen ja organismien kehityksen prosesseihin.
Evoluution valossa se näyttää olevan tärkeä muutosmekanismi, sillä suurella osalla korkeammista eukaryoottisista organismeista on havaittu lisääntyneitä vaihtoehtoisia silmukointitapahtumia. Sillä on myös tärkeä rooli lajien erilaistumisessa ja genomin evoluutiossa.
Vaihtoehtoinen tarkistus ja syöpä
On näyttöä siitä, että mikä tahansa virhe näissä prosesseissa voi johtaa solujen epänormaaliin toimintaan, jolla on vakavia seurauksia yksilölle. Näistä mahdollisista patologioista syöpä erottuu.
Tästä syystä vaihtoehtoista silmukointia on ehdotettu uudeksi biologiseksi markkeriksi näille poikkeaville solutiloille. Samoin, jos taudin taustalla oleva mekanismi voidaan täysin ymmärtää, voidaan ehdottaa ratkaisuja.
Viitteet
- Berg, J.M., Stryer, L., & Tymoczko, J.L. (2007). Biokemia Peruutin
- De Conti, L., Baralle, M. ja Buratti, E. (2013). Eksonin ja intronin määritelmä pre-mRNA-silmukoitumisessa. Wileyn monitieteiset arviot: RNA , 4 (1), 49-60.
- Aineisto analysoitiin kyselylomakkeiden, haastattelujen ja osallistujahaastattelujen avulla. Vaihtoehtoinen silmukointifunktio. Geeni , 514 (1), 1-30.
- Lamond, A. (1993). Silmukointisolu. Bioesseet, 15 (9), 595-603.
- Roy, B., Haupt, L.M., & Griffiths, L.R. (2013). Katsaus: Geenien vaihtoehtoinen silmukointi (AS) lähestymistapana proteiinien kompleksisuuden luomiseen. Nykyinen genomiikka , 14 (3), 182-194.
- Vila – Perelló, M., & Muir, T.W. (2010). Proteiinien silmukoinnin biologiset sovellukset. Solu , 143 (2), 191-200.
- Liu, J., Zhang, J., Huang, B. & Wang, X. (2015). Vaihtoehtoinen silmukointimekanismi ja sen käyttö leukemian diagnosoinnissa ja hoidossa. Kiinan laboratoriolääketieteen aikakauslehti , 38 (11), 730-732.