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Terminologia do gene - um gene é uma sequência física única e concreta?

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Suponha que você tenha duas cópias idênticas da mesma sequência de nucleotídeos codificantes (por exemplo, duas cópias de BCL2 - um gene aleatório que encontrei na Wikipedia).

Você poderia dizer que são dois genes (ou seja, o nome "gene" se refere a uma sequência física específica e, onde há dois deles, você tem dois genes, mesmo que idênticos)? Ou apenas duas moléculas de um gene (da mesma forma que quando você tem duas moléculas de dióxido de carbono, não pode dizer que são dois dióxido de carbono)?


'apenas duas moléculas de um gene'.

Eles são o mesmo gene. Gene é mais um conceito abstrato. Dizemos, por exemplo, que os humanos têm cerca de 20.000 genes codificadores de proteínas. Isso não significa que temos apenas 20.000 moléculas, uma para cada gene. Temos muito mais moléculas, é claro. O que queremos dizer é que temos 20.000 entidades diferentes, cada uma codificando um tipo específico de proteína. Se você tiver duas moléculas de uma sequência em um tubo, será questionável se essas sequências podem ser consideradas genes. Eu diria que essas sequências perdem sua "genicidade" ou sua propriedade de serem genes porque não estão codificando nada em um tubo. Eles carecem da maquinaria celular que os torna codificados para alguma coisa. Eu diria apenas que você tem 2 sequências de nucleotídeos do gene BCL2, mas não que você tem 2 cópias do gene BCL2. No entanto, talvez seja apenas uma diferença pessoal.


Um gene é mais uma unidade funcional do genoma. Assim, se você tiver, digamos, 5 sequências do mesmo gene, dirá que possui 5 cópias desse gene, mas não dirá que possui 5 genes. Se você disser que tem 5 genes, pensaríamos que você se refere a 5 loci diferentes (locus = posição no genoma).

Observe que, se você não estiver familiarizado com o termo alelo, verifique-o. Um alelo é uma variante de um gene. Novamente, um alelo é mais a informação na sequência do que a própria sequência (um gene é tipicamente uma região codificadora). Portanto, se você disser que no gene BCL2, existem 4 alelos nas populações, isso significa que existem 4 variantes possíveis na população, não que toda a população seja composta de apenas 4 sequências físicas desse gene.


DNA, genes e cromossomos

DNA (ou ácido desoxirribonucléico) é a molécula que carrega a informação genética em todas as formas celulares de vida e em alguns vírus. Ele pertence a uma classe de moléculas chamadas de ácidos nucléicos, que são polinucleotídeos - ou seja, longas cadeias de nucleotídeos.

Cada nucleotídeo consiste em três componentes:

  • uma base nitrogenada: citosina (C), guanina (G), adenina (A) ou timina (T)
  • uma molécula de açúcar de cinco carbonos (desoxirribose no caso do DNA)
  • uma molécula de fosfato

A espinha dorsal do polinucleotídeo é uma cadeia de moléculas de açúcar e fosfato. Cada um dos grupos de açúcar nesta estrutura de açúcar-fosfato está ligado a uma das quatro bases nitrogenadas.

Cadeia de polinucleotídeos

A capacidade do DNA de armazenar - e transmitir - informações reside no fato de que consiste em duas fitas polinucleotídicas que se torcem para formar uma hélice de fita dupla. As bases se ligam entre as duas fitas de uma maneira específica usando ligações de hidrogênio: pares de citosina (C) com guanina (G) e pares de adenina (A) com timina (T).

Fita dupla de polinucleotídeos

A dupla hélice da molécula de DNA completa se assemelha a uma escada em espiral, com duas estruturas de fosfato de açúcar e as bases emparelhadas no centro da hélice. Esta estrutura explica duas das propriedades mais importantes da molécula. Primeiro, ele pode ser copiado ou 'replicado', pois cada fita pode atuar como um modelo para a geração da fita complementar. Em segundo lugar, ele pode armazenar informações na sequência linear dos nucleotídeos ao longo de cada fita.

Hélice de DNA mostrando bases nitrogenadas

É a ordem das bases ao longo de uma única fita que constitui o código genético. O 'alfabeto' de quatro letras de A, T, G e C forma 'palavras' de três letras chamadas códons. Codons individuais codificam para aminoácidos específicos. Um gene é uma sequência de nucleotídeos ao longo de uma fita de DNA - com códons de 'início' e 'parada' e outros elementos reguladores - que especifica uma sequência de aminoácidos que estão ligados entre si para formar uma proteína.

Assim, por exemplo, o códon AGC codifica para o aminoácido serina, e o códon ACC codifica para o aminoácido treonina.

Existem dois pontos a serem observados sobre o código genético:

  • Isto é universal. Toda a vida na Terra usa o mesmo código (com algumas pequenas exceções).
  • Isto é degenerar. Cada aminoácido pode ser codificado por mais de um códon. Por exemplo, AGA e AGG codificam para o aminoácido arginina.
    Uma tabela de códons define como os códons triplos codificam para aminoácidos específicos.

Replicação de DNA

A enzima helicase quebra as ligações de hidrogênio que mantêm as duas fitas juntas, e ambas podem atuar como modelos para a produção da fita oposta. O processo é catalisado pela enzima DNA polimerase e inclui um mecanismo de revisão.


Conteúdo

A engenharia genética é um processo que altera a estrutura genética de um organismo removendo ou introduzindo DNA. Ao contrário do melhoramento animal e vegetal tradicional, que envolve vários cruzamentos e depois a seleção do organismo com o fenótipo desejado, a engenharia genética pega o gene diretamente de um organismo e o entrega a outro. Isso é muito mais rápido, pode ser usado para inserir quaisquer genes de qualquer organismo (mesmo aqueles de domínios diferentes) e evita que outros genes indesejáveis ​​também sejam adicionados. [4]

A engenharia genética poderia corrigir doenças genéticas graves em humanos, substituindo o gene defeituoso por um funcional. [5] É uma importante ferramenta de pesquisa que permite estudar a função de genes específicos. [6] Drogas, vacinas e outros produtos foram colhidos de organismos projetados para produzi-los. [7] Culturas têm sido desenvolvidas para ajudar na segurança alimentar, aumentando a produção, o valor nutricional e a tolerância aos estresses ambientais. [8]

O DNA pode ser introduzido diretamente no organismo hospedeiro ou em uma célula que é então fundida ou hibridizada com o hospedeiro. [9] Isso se baseia em técnicas de ácido nucléico recombinante para formar novas combinações de material genético hereditário seguido pela incorporação desse material indiretamente por meio de um sistema de vetor ou diretamente por meio de microinjeção, macroinjeção ou microencapsulação. [10]

A engenharia genética normalmente não inclui reprodução tradicional, fertilização in vitro, indução de poliploidia, mutagênese e técnicas de fusão celular que não usam ácidos nucléicos recombinantes ou um organismo geneticamente modificado no processo. [9] No entanto, algumas definições amplas de engenharia genética incluem melhoramento seletivo. [10] A clonagem e a pesquisa com células-tronco, embora não sejam consideradas engenharia genética, [11] estão intimamente relacionadas e a engenharia genética pode ser usada dentro delas. [12] A biologia sintética é uma disciplina emergente que leva a engenharia genética um passo adiante ao introduzir material sintetizado artificialmente em um organismo. [13] O DNA sintético, como o Sistema de Informação Genética Artificialmente Expandido e o DNA de Hachimoji, é feito neste novo campo.

Plantas, animais ou microrganismos que foram alterados por meio da engenharia genética são denominados organismos geneticamente modificados ou OGM. [14] Se o material genético de outra espécie é adicionado ao hospedeiro, o organismo resultante é chamado de transgênico. Se for usado material genético da mesma espécie ou de uma espécie que pode cruzar naturalmente com o hospedeiro, o organismo resultante é denominado cisgênico. [15] Se a engenharia genética é usada para remover o material genético do organismo alvo, o organismo resultante é denominado organismo knockout. [16] Na Europa, a modificação genética é sinônimo de engenharia genética, enquanto nos Estados Unidos da América e no Canadá a modificação genética também pode ser usada para se referir a métodos de melhoramento mais convencionais. [17] [18] [19]

Os humanos alteraram os genomas das espécies por milhares de anos por meio de reprodução seletiva ou seleção artificial [20]: 1 [21]: 1 em contraste com a seleção natural. Mais recentemente, a reprodução por mutação usou a exposição a produtos químicos ou radiação para produzir uma alta frequência de mutações aleatórias, para fins de reprodução seletiva. A engenharia genética como a manipulação direta do DNA por humanos fora da reprodução e mutações só existe desde os anos 1970. O termo "engenharia genética" foi cunhado pela primeira vez por Jack Williamson em seu romance de ficção científica Ilha do Dragão, publicado em 1951 [22] - um ano antes do papel do DNA na hereditariedade ser confirmado por Alfred Hershey e Martha Chase, [23] e dois anos antes de James Watson e Francis Crick mostrarem que a molécula de DNA tem uma estrutura de dupla hélice - embora o O conceito geral de manipulação genética direta foi explorado de forma rudimentar na história de ficção científica de Stanley G. Weinbaum de 1936 Proteus Island. [24] [25]

Em 1972, Paul Berg criou as primeiras moléculas de DNA recombinante combinando o DNA do vírus de macaco SV40 com o do vírus lambda. [26] Em 1973, Herbert Boyer e Stanley Cohen criaram o primeiro organismo transgênico inserindo genes de resistência a antibióticos no plasmídeo de um Escherichia coli bactéria. [27] [28] Um ano depois, Rudolf Jaenisch criou um camundongo transgênico, introduzindo DNA estranho em seu embrião, tornando-o o primeiro animal transgênico do mundo [29]. Essas realizações levaram a preocupações na comunidade científica sobre os riscos potenciais da engenharia genética, que foram discutidos em profundidade pela primeira vez na Conferência de Asilomar em 1975. Uma das principais recomendações desta reunião foi que a supervisão do governo da pesquisa de DNA recombinante deveria ser estabelecida até que a tecnologia fosse considerada segura. [30] [31]

Em 1976, a Genentech, a primeira empresa de engenharia genética, foi fundada por Herbert Boyer e Robert Swanson e um ano depois a empresa produziu uma proteína humana (somatostatina) em E.coli. A Genentech anunciou a produção de insulina humana geneticamente modificada em 1978. [32] Em 1980, a Suprema Corte dos EUA no Diamond v. Chakrabarty caso decidiu que a vida geneticamente alterada poderia ser patenteada. [33] A insulina produzida pela bactéria foi aprovada para liberação pela Food and Drug Administration (FDA) em 1982. [34]

Em 1983, uma empresa de biotecnologia, Advanced Genetic Sciences (AGS) solicitou autorização do governo dos EUA para realizar testes de campo com a cepa ice-minus de Pseudomonas Syringae para proteger as plantações da geada, mas grupos ambientais e manifestantes atrasaram os testes de campo por quatro anos com contestações legais. [35] Em 1987, a cepa ice-minus de P. Syringae tornou-se o primeiro organismo geneticamente modificado (OGM) a ser liberado no meio ambiente [36] quando um campo de morango e um campo de batata na Califórnia foram pulverizados com ele. [37] Ambos os campos de teste foram atacados por grupos de ativistas na noite anterior aos testes: "O primeiro local de teste do mundo atraiu o primeiro destruidor de campo do mundo". [36]

Os primeiros testes de campo de plantas geneticamente modificadas ocorreram na França e nos Estados Unidos em 1986, as plantas de tabaco foram projetadas para serem resistentes a herbicidas. [38] A República Popular da China foi o primeiro país a comercializar plantas transgênicas, introduzindo um tabaco resistente a vírus em 1992. [39] Em 1994 Calgene obteve a aprovação para lançar comercialmente o primeiro alimento geneticamente modificado, o Flavr Savr, um tomate modificado para ter uma vida útil mais longa. [40] Em 1994, a União Europeia aprovou o tabaco modificado para ser resistente ao herbicida bromoxinil, tornando-o a primeira cultura geneticamente modificada comercializada na Europa. [41] Em 1995, a batata Bt foi aprovada como segura pela Agência de Proteção Ambiental, após ter sido aprovada pelo FDA, tornando-se a primeira safra produtora de pesticida a ser aprovada nos Estados Unidos. [42] Em 2009, 11 safras transgênicas foram cultivadas comercialmente em 25 países, os maiores dos quais em área cultivada foram os EUA, Brasil, Argentina, Índia, Canadá, China, Paraguai e África do Sul. [43]

Em 2010, cientistas do J. Craig Venter Institute criaram o primeiro genoma sintético e o inseriram em uma célula bacteriana vazia. A bactéria resultante, chamada Mycoplasma laboratorium, poderia se replicar e produzir proteínas. [44] [45] Quatro anos depois, isso foi dado um passo adiante quando uma bactéria foi desenvolvida que replicou um plasmídeo contendo um par de bases único, criando o primeiro organismo projetado para usar um alfabeto genético expandido. [46] [47] Em 2012, Jennifer Doudna e Emmanuelle Charpentier colaboraram para desenvolver o sistema CRISPR / Cas9, [48] [49] uma técnica que pode ser usada para alterar facilmente e especificamente o genoma de quase qualquer organismo. [50]

A criação de um OGM é um processo de várias etapas. Os engenheiros genéticos devem primeiro escolher o gene que desejam inserir no organismo. Isso é impulsionado pelo objetivo do organismo resultante e é baseado em pesquisas anteriores. Triagens genéticas podem ser realizadas para determinar genes potenciais e testes adicionais, então, usados ​​para identificar os melhores candidatos. O desenvolvimento de microarrays, transcriptômica e sequenciamento do genoma tornou muito mais fácil encontrar genes adequados. [51] A sorte também desempenha seu papel no gene round-up ready foi descoberto depois que os cientistas notaram uma bactéria prosperando na presença do herbicida. [52]

Isolamento de genes e clonagem Editar

A próxima etapa é isolar o gene candidato. A célula contendo o gene é aberta e o DNA é purificado. [53] O gene é separado pelo uso de enzimas de restrição para cortar o DNA em fragmentos [54] ou reação em cadeia da polimerase (PCR) para amplificar o segmento do gene. [55] Esses segmentos podem então ser extraídos por meio de eletroforese em gel. Se o gene escolhido ou o genoma do organismo doador foi bem estudado, pode já estar acessível a partir de uma biblioteca genética. Se a sequência de DNA for conhecida, mas nenhuma cópia do gene estiver disponível, ele também pode ser sintetizado artificialmente. [56] Uma vez isolado, o gene é ligado a um plasmídeo que é então inserido em uma bactéria. O plasmídeo é replicado quando a bactéria se divide, garantindo que cópias ilimitadas do gene estejam disponíveis. [57]

Antes de o gene ser inserido no organismo-alvo, ele deve ser combinado com outros elementos genéticos. Estes incluem uma região promotora e terminadora, que inicia e termina a transcrição. Um gene marcador selecionável é adicionado, o que na maioria dos casos confere resistência aos antibióticos, para que os pesquisadores possam determinar facilmente quais células foram transformadas com sucesso. O gene também pode ser modificado neste estágio para melhor expressão ou eficácia. Essas manipulações são realizadas usando técnicas de DNA recombinante, como digestão de restrição, ligações e clonagem molecular. [58]

Inserindo DNA no genoma hospedeiro Editar

Existem várias técnicas usadas para inserir material genético no genoma do hospedeiro. Algumas bactérias podem absorver DNA estranho naturalmente. Esta capacidade pode ser induzida em outras bactérias por meio de estresse (por exemplo, choque térmico ou elétrico), o que aumenta a permeabilidade da membrana celular ao DNA captado por DNA pode se integrar com o genoma ou existir como DNA extracromossômico. O DNA é geralmente inserido em células animais usando microinjeção, onde pode ser injetado através do envelope nuclear da célula diretamente no núcleo ou por meio do uso de vetores virais. [59]

Os genomas de plantas podem ser projetados por métodos físicos ou pelo uso de Agrobacterium para a entrega de sequências hospedadas em vetores binários de T-DNA. Em plantas, o DNA é frequentemente inserido usando Agrobacterium- transformação mediada, [60] aproveitando a Agrobacteriums Seqüência de T-DNA que permite a inserção natural de material genético nas células vegetais. [61] Outros métodos incluem biolística, onde partículas de ouro ou tungstênio são revestidas com DNA e, em seguida, disparadas em células vegetais jovens, [62] e eletroporação, que envolve o uso de um choque elétrico para tornar a membrana celular permeável ao DNA plasmídeo.

Como apenas uma única célula é transformada com material genético, o organismo deve ser regenerado a partir dessa única célula. Nas plantas, isso é realizado por meio do uso de cultura de tecidos. [63] [64] Em animais, é necessário garantir que o DNA inserido esteja presente nas células-tronco embrionárias. [65] As bactérias consistem em uma única célula e se reproduzem clonalmente, portanto a regeneração não é necessária. Os marcadores selecionáveis ​​são usados ​​para diferenciar facilmente as células transformadas das não transformadas. Esses marcadores estão geralmente presentes no organismo transgênico, embora várias estratégias tenham sido desenvolvidas para remover o marcador selecionável da planta transgênica madura. [66]

Testes adicionais usando PCR, hibridização Southern e sequenciamento de DNA são conduzidos para confirmar se um organismo contém o novo gene. [67] Esses testes também podem confirmar a localização cromossômica e o número de cópias do gene inserido. A presença do gene não garante que ele será expresso em níveis adequados no tecido-alvo, portanto métodos que buscam e medem os produtos gênicos (RNA e proteína) também são usados. Estes incluem hibridização Northern, RT-PCR quantitativo, Western blot, imunofluorescência, ELISA e análise fenotípica. [68]

O novo material genético pode ser inserido aleatoriamente no genoma do hospedeiro ou direcionado para um local específico. A técnica de direcionamento de genes usa recombinação homóloga para fazer as alterações desejadas em um gene endógeno específico. Isso tende a ocorrer com uma frequência relativamente baixa em plantas e animais e geralmente requer o uso de marcadores selecionáveis. A frequência do direcionamento do gene pode ser bastante aumentada por meio da edição do genoma. A edição do genoma usa nucleases projetadas artificialmente que criam quebras de fita dupla específicas em locais desejados no genoma e usam os mecanismos endógenos da célula para reparar a quebra induzida pelos processos naturais de recombinação homóloga e união de extremidades não homólogas. Existem quatro famílias de nucleases projetadas: meganucleases, [69] [70] nucleases de dedo de zinco, [71] [72] nucleases efetoras semelhantes a ativadores de transcrição (TALENs), [73] [74] e o sistema Cas9-guideRNA (adaptado do CRISPR). [75] [76] TALEN e CRISPR são os dois mais comumente usados ​​e cada um tem suas próprias vantagens. [77] TALENs têm maior especificidade de alvo, enquanto CRISPR é mais fácil de projetar e mais eficiente. [77] Além de aumentar o direcionamento de genes, nucleases projetadas podem ser usadas para introduzir mutações em genes endógenos que geram um nocaute de gene. [78] [79]

A engenharia genética tem aplicações na medicina, pesquisa, indústria e agricultura e pode ser usada em uma ampla gama de plantas, animais e microorganismos. Bactérias, os primeiros organismos a serem geneticamente modificados, podem ter DNA plasmídeo inserido contendo novos genes que codificam medicamentos ou enzimas que processam alimentos e outros substratos. [80] [81] As plantas foram modificadas para proteção contra insetos, resistência a herbicidas, resistência a vírus, nutrição aprimorada, tolerância a pressões ambientais e a produção de vacinas comestíveis. [82] A maioria dos OGM comercializados são plantas de cultivo resistentes a insetos ou tolerantes a herbicidas. [83] Animais geneticamente modificados têm sido usados ​​para pesquisas, modelos de animais e produção de produtos agrícolas ou farmacêuticos. Os animais geneticamente modificados incluem animais com genes desativados, maior suscetibilidade a doenças, hormônios para crescimento extra e capacidade de expressar proteínas em seu leite. [84]

Edição de Medicina

A engenharia genética tem muitas aplicações para a medicina, incluindo a fabricação de medicamentos, a criação de modelos de animais que imitam as condições humanas e a terapia genética. Um dos primeiros usos da engenharia genética foi a produção em massa de insulina humana em bactérias. [32] Este pedido agora foi aplicado a hormônios de crescimento humanos, hormônios estimuladores de folículo (para o tratamento da infertilidade), albumina humana, anticorpos monoclonais, fatores anti-hemofílicos, vacinas e muitos outros medicamentos. [85] [86] Hibridomas de camundongo, células fundidas para criar anticorpos monoclonais, foram adaptados por meio de engenharia genética para criar anticorpos monoclonais humanos. [87] Em 2017, a engenharia genética de receptores de antígenos quiméricos nas próprias células T de um paciente foi aprovada pelo FDA dos EUA como um tratamento para a leucemia linfoblástica aguda do câncer. Estão sendo desenvolvidos vírus geneticamente modificados que ainda podem conferir imunidade, mas não possuem as sequências infecciosas. [88]

A engenharia genética também é usada para criar modelos animais de doenças humanas. Os ratos geneticamente modificados são o modelo animal geneticamente modificado mais comum. [89] Eles têm sido usados ​​para estudar e modelar câncer (oncomouse), obesidade, doenças cardíacas, diabetes, artrite, abuso de substâncias, ansiedade, envelhecimento e doença de Parkinson. [90] As curas potenciais podem ser testadas contra esses modelos de mouse. Também suínos geneticamente modificados têm sido criados com o objetivo de aumentar o sucesso do transplante de órgãos de suínos para humanos. [91]

A terapia gênica é a engenharia genética de humanos, geralmente substituindo genes defeituosos por genes eficazes. A pesquisa clínica usando terapia gênica somática foi conduzida com várias doenças, incluindo SCID ligada ao X, [92] leucemia linfocítica crônica (CLL), [93] [94] e doença de Parkinson. [95] Em 2012, Alipogene tiparvovec se tornou o primeiro tratamento de terapia gênica a ser aprovado para uso clínico. [96] [97] Em 2015, um vírus foi usado para inserir um gene saudável nas células da pele de um menino que sofria de uma doença de pele rara, epidermólise bolhosa, para crescer e, em seguida, enxertar a pele saudável em 80 por cento da pele do menino corpo afetado pela doença. [98]

A terapia gênica germinativa resultaria em qualquer alteração hereditária, o que levantou preocupações na comunidade científica. [99] [100] Em 2015, o CRISPR foi usado para editar o DNA de embriões humanos não viáveis, [101] [102] cientistas líderes de grandes academias mundiais a pedir uma moratória nas edições do genoma humano hereditário. [103] Também existem preocupações de que a tecnologia possa ser usada não apenas para tratamento, mas para realce, modificação ou alteração da aparência, adaptabilidade, inteligência, caráter ou comportamento de um ser humano. [104] A distinção entre cura e realce também pode ser difícil de estabelecer. [105] Em novembro de 2018, He Jiankui anunciou que havia editado os genomas de dois embriões humanos, para tentar desativar o CCR5 gene, que codifica um receptor que o HIV usa para entrar nas células. Ele disse que as meninas gêmeas, Lulu e Nana, nasceram algumas semanas antes. Ele disse que as meninas ainda carregavam cópias funcionais do CCR5 junto com o CCR5 deficiente (mosaicismo) e ainda eram vulneráveis ​​ao HIV. O trabalho foi amplamente condenado como antiético, perigoso e prematuro. [106] Atualmente, a modificação da linha germinativa é proibida em 40 países. Os cientistas que fazem esse tipo de pesquisa geralmente permitem que os embriões cresçam por alguns dias, sem permitir que se tornem bebês. [107]

Pesquisadores estão alterando o genoma de porcos para induzir o crescimento de órgãos humanos a serem usados ​​em transplantes. Os cientistas estão criando "drives genéticos", mudando os genomas dos mosquitos para torná-los imunes à malária e, em seguida, procurando espalhar os mosquitos geneticamente alterados por toda a população de mosquitos na esperança de eliminar a doença. [108]

Edição de Pesquisa

A engenharia genética é uma ferramenta importante para os cientistas naturais, sendo a criação de organismos transgênicos uma das ferramentas mais importantes para a análise da função dos genes. [109] Genes e outras informações genéticas de uma ampla gama de organismos podem ser inseridos em bactérias para armazenamento e modificação, criando bactérias geneticamente modificadas no processo. As bactérias são baratas, fáceis de cultivar, clonais, se multiplicam rapidamente, relativamente fáceis de transformar e podem ser armazenadas a -80 ° C quase indefinidamente. Uma vez que um gene é isolado, ele pode ser armazenado dentro da bactéria, fornecendo um suprimento ilimitado para pesquisas. [110] Os organismos são geneticamente modificados para descobrir as funções de certos genes. Este pode ser o efeito sobre o fenótipo do organismo, onde o gene é expresso ou com quais outros genes ele interage. Esses experimentos geralmente envolvem perda de função, ganho de função, rastreamento e expressão.

  • Perda de experimentos de função, como em um experimento de nocaute de gene, no qual um organismo é projetado para não ter a atividade de um ou mais genes. Em um nocaute simples, uma cópia do gene desejado foi alterada para torná-lo não funcional. As células-tronco embrionárias incorporam o gene alterado, que substitui a cópia funcional já presente. Essas células-tronco são injetadas em blastocistos, que são implantados em mães de aluguel. Isso permite que o experimentador analise os defeitos causados ​​por essa mutação e, assim, determine o papel de genes específicos. É usado com especial frequência em biologia do desenvolvimento. [111] Quando isso é feito através da criação de uma biblioteca de genes com mutações pontuais em todas as posições na área de interesse, ou mesmo em todas as posições em todo o gene, isso é chamado de "mutagênese de varredura". O método mais simples, e o primeiro a ser usado, é a "varredura de alanina", em que cada posição, por sua vez, sofre mutação para o aminoácido não reativo alanina. [112]
  • Experimentos de ganho de função, a contrapartida lógica dos nocautes. Às vezes, eles são realizados em conjunto com experimentos de nocaute para estabelecer com mais precisão a função do gene desejado. O processo é muito semelhante ao da engenharia de nocaute, exceto que a construção é projetada para aumentar a função do gene, geralmente fornecendo cópias extras do gene ou induzindo a síntese da proteína com mais frequência. O ganho de função é usado para dizer se uma proteína é ou não suficiente para uma função, mas nem sempre significa que é necessária, especialmente quando se trata de redundância genética ou funcional. [111]
  • Experimentos de rastreamento, que buscam obter informações sobre a localização e interação da proteína desejada. Uma maneira de fazer isso é substituir o gene do tipo selvagem por um gene de 'fusão', que é uma justaposição do gene do tipo selvagem com um elemento de relatório, como a proteína fluorescente verde (GFP), que permitirá a fácil visualização dos produtos da modificação genética. Embora seja uma técnica útil, a manipulação pode destruir a função do gene, criando efeitos secundários e possivelmente colocando em questão os resultados do experimento. Técnicas mais sofisticadas estão agora em desenvolvimento que podem rastrear produtos proteicos sem mitigar sua função, como a adição de pequenas sequências que servirão como motivos de ligação para anticorpos monoclonais. [111]
  • Estudos de expressão visam descobrir onde e quando proteínas específicas são produzidas. Nesses experimentos, a sequência de DNA antes do DNA que codifica para uma proteína, conhecida como promotor de um gene, é reintroduzida em um organismo com a região codificadora da proteína substituída por um gene repórter, como GFP ou uma enzima que catalisa a produção de um corante . Assim, a hora e o local onde uma determinada proteína é produzida podem ser observados. Os estudos de expressão podem ser levados um passo adiante, alterando o promotor para descobrir quais peças são cruciais para a expressão adequada do gene e estão realmente ligadas por proteínas do fator de transcrição. Esse processo é conhecido como bashing do promotor. [113]

Edição Industrial

Os organismos podem ter suas células transformadas com um gene que codifica uma proteína útil, como uma enzima, de modo que superexpressem a proteína desejada. Quantidades em massa da proteína podem então ser fabricadas cultivando o organismo transformado em equipamento de biorreator usando fermentação industrial e, em seguida, purificando a proteína. [114] Alguns genes não funcionam bem em bactérias, então leveduras, células de insetos ou células de mamíferos também podem ser usadas. [115] Essas técnicas são usadas para produzir medicamentos como insulina, hormônio do crescimento humano e vacinas, suplementos como triptofano, auxiliar na produção de alimentos (quimosina na fabricação de queijos) e combustíveis. [116] Outras aplicações com bactérias geneticamente modificadas podem envolver fazê-las executar tarefas fora de seu ciclo natural, como fazer biocombustíveis, [117] limpar derramamentos de óleo, carbono e outros resíduos tóxicos [118] e detectar arsênico na água potável. [119] Certos micróbios geneticamente modificados também podem ser usados ​​na biominação e biorremediação, devido à sua capacidade de extrair metais pesados ​​de seu ambiente e incorporá-los em compostos que são mais facilmente recuperáveis. [120]

Na ciência dos materiais, um vírus geneticamente modificado tem sido usado em um laboratório de pesquisa como um andaime para a montagem de uma bateria de íons de lítio mais ecologicamente correta. [121] [122] As bactérias também foram projetadas para funcionar como sensores, expressando uma proteína fluorescente sob certas condições ambientais. [123]

Agricultura Editar

Uma das aplicações mais conhecidas e controversas da engenharia genética é a criação e uso de safras geneticamente modificadas ou animais geneticamente modificados para produzir alimentos geneticamente modificados. As safras foram desenvolvidas para aumentar a produção, aumentar a tolerância a estresses abióticos, alterar a composição dos alimentos ou produzir novos produtos. [125]

As primeiras safras a serem lançadas comercialmente em grande escala proporcionaram proteção contra pragas de insetos ou tolerância a herbicidas. Culturas resistentes a fungos e vírus também foram desenvolvidas ou estão em desenvolvimento. [126] [127] Isso facilita o manejo de insetos e ervas daninhas nas lavouras e pode aumentar indiretamente o rendimento das lavouras. [128] [129] Culturas GM que melhoram diretamente o rendimento ao acelerar o crescimento ou tornar a planta mais resistente (melhorando a tolerância ao sal, ao frio ou à seca) também estão em desenvolvimento. [130] Em 2016 o salmão foi geneticamente modificado com hormônios de crescimento para atingir o tamanho adulto normal muito mais rápido. [131]

Foram desenvolvidos OGMs que modificam a qualidade dos produtos, aumentando o valor nutricional ou fornecendo qualidades ou quantidades mais úteis industrialmente. [130] A batata Amflora produz uma mistura de amidos mais útil industrialmente. A soja e a canola foram geneticamente modificadas para produzir óleos mais saudáveis. [132] [133] O primeiro alimento GM comercializado foi um tomate que atrasou o amadurecimento, aumentando sua vida útil. [134]

Plantas e animais foram projetados para produzir materiais que normalmente não fazem. Pharming usa safras e animais como biorreatores para produzir vacinas, medicamentos intermediários ou os próprios medicamentos - o produto útil é purificado da colheita e então usado no processo de produção farmacêutica padrão. [135] Vacas e cabras foram projetadas para expressar drogas e outras proteínas em seu leite e, em 2009, o FDA aprovou uma droga produzida no leite de cabra. [136] [137]

Outros aplicativos Editar

A engenharia genética tem aplicações potenciais na conservação e gestão de áreas naturais. A transferência de genes através de vetores virais tem sido proposta como um meio de controlar espécies invasoras, bem como vacinar a fauna ameaçada de doenças. [138] Árvores transgênicas foram sugeridas como uma forma de conferir resistência a patógenos em populações selvagens. [139] Com os riscos crescentes de má adaptação em organismos como resultado da mudança climática e outras perturbações, a adaptação facilitada por meio de ajustes genéticos poderia ser uma solução para reduzir os riscos de extinção. [140] As aplicações da engenharia genética na conservação são até agora principalmente teóricas e ainda não foram colocadas em prática.

A engenharia genética também está sendo usada para criar arte microbiana. [141] Algumas bactérias foram geneticamente modificadas para criar fotografias em preto e branco. [142] Itens novos, como cravos cor de lavanda, [143] rosas azuis, [144] e peixes brilhantes [145] [146] também foram produzidos por meio de engenharia genética.

A regulamentação da engenharia genética diz respeito às abordagens adotadas pelos governos para avaliar e gerenciar os riscos associados ao desenvolvimento e liberação de OGM. O desenvolvimento de uma estrutura regulatória começou em 1975, em Asilomar, Califórnia. [147] A reunião Asilomar recomendou um conjunto de diretrizes voluntárias sobre o uso de tecnologia recombinante. [30] À medida que a tecnologia melhorava, os Estados Unidos estabeleceram um comitê no Office of Science and Technology, [148] que atribuiu a aprovação regulatória de alimentos GM ao USDA, FDA e EPA. [149] O Protocolo de Cartagena sobre Biossegurança, um tratado internacional que rege a transferência, manuseio e uso de OGM, [150] foi adotado em 29 de janeiro de 2000. [151] Cento e cinquenta e sete países são membros do Protocolo e muitos o usam como um ponto de referência para seus próprios regulamentos. [152]

O status legal e regulatório dos alimentos GM varia de acordo com o país, com algumas nações os banindo ou restringindo, e outras permitindo-os com diferentes graus de regulamentação. [153] [154] [155] [156] Alguns países permitem a importação de alimentos GM com autorização, mas não permitem seu cultivo (Rússia, Noruega, Israel) ou têm disposições para o cultivo, embora nenhum produto GM seja produzido ainda (Japão, Coreia do Sul). A maioria dos países que não permitem o cultivo de OGM permite a pesquisa. [157] Algumas das diferenças mais marcantes ocorrendo entre os EUA e a Europa. A política dos EUA concentra-se no produto (não no processo), olha apenas para riscos científicos verificáveis ​​e usa o conceito de equivalência substancial. [158] A União Europeia, em contraste, possui possivelmente as regulamentações de OGM mais rigorosas do mundo. [159] Todos os OGMs, junto com os alimentos irradiados, são considerados "novos alimentos" e estão sujeitos a uma extensa avaliação de alimentos baseada em ciência, caso a caso, pela Autoridade Europeia para a Segurança dos Alimentos. Os critérios de autorização enquadram-se em quatro grandes categorias: "segurança", "liberdade de escolha", "rotulagem" e "rastreabilidade". [160] O nível de regulamentação em outros países que cultivam OGM fica entre a Europa e os Estados Unidos.

Agências regulatórias por região geográfica
Região Reguladores Notas
nós USDA, FDA e EPA [149]
Europa Autoridade Europeia para a Segurança dos Alimentos [160]
Canadá Health Canada e a Agência Canadense de Inspeção de Alimentos [161] [162] Produtos regulamentados com novos recursos, independentemente do método de origem [163] [164]
África Mercado Comum para a África Oriental e Austral [165] A decisão final cabe a cada país individualmente. [165]
China Escritório de Administração de Biossegurança de Engenharia Genética Agrícola [166]
Índia Comitê de Biossegurança Institucional, Comitê de Revisão sobre Manipulação Genética e Comitê de Aprovação de Engenharia Genética [167]
Argentina Comitê Consultivo Nacional de Biotecnologia Agropecuária (impacto ambiental), o Serviço Nacional de Saúde e Qualidade Agroalimentar (inocuidade dos alimentos) e a Direção Nacional do Agronegócio (efeito sobre o comércio) [168] Decisão final da Secretaria da Agricultura, Pecuária, Pesca e Alimentação. [168]
Brasil Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (meio ambiente e segurança alimentar) e Conselho de Ministros (questões comerciais e econômicas) [168]
Austrália Office of the Gene Technology Regulator (supervisiona todos os produtos GM), Therapeutic Goods Administration (medicamentos GM) e Food Standards Australia Nova Zelândia (alimentos GM). [169] [170] Os governos estaduais individuais podem então avaliar o impacto da liberação nos mercados e no comércio e aplicar legislação adicional para controlar os produtos geneticamente modificados aprovados. [170]

Uma das principais questões relacionadas aos reguladores é se os produtos GM devem ser rotulados. A Comissão Europeia afirma que a rotulagem obrigatória e a rastreabilidade são necessárias para permitir uma escolha informada, evitar a potencial publicidade falsa [171] e facilitar a retirada de produtos se forem descobertos efeitos adversos na saúde ou no ambiente. [172] A American Medical Association [173] e a American Association for the Advancement of Science [174] dizem que a ausência de evidências científicas de danos, mesmo a rotulagem voluntária, é enganosa e irá alarmar falsamente os consumidores. A rotulagem de produtos OGM no mercado é exigida em 64 países. [175] A rotulagem pode ser obrigatória até um nível mínimo de conteúdo GM (que varia entre os países) ou voluntária. No Canadá e nos EUA, a rotulagem de alimentos GM é voluntária, [176] enquanto na Europa todos os alimentos (incluindo alimentos processados) ou rações que contenham mais de 0,9% de OGM aprovados devem ser rotulados. [159]

Os críticos se opuseram ao uso da engenharia genética por vários motivos, incluindo questões éticas, ecológicas e econômicas. Muitas dessas preocupações envolvem culturas GM e se os alimentos produzidos a partir delas são seguros e qual o impacto que seu cultivo terá sobre o meio ambiente. Essas controvérsias levaram a litígios, disputas comerciais internacionais e protestos, e à regulamentação restritiva de produtos comerciais em alguns países. [177]

Acusações de que os cientistas estão "brincando de Deus" e outras questões religiosas foram atribuídas à tecnologia desde o início. [178] Outras questões éticas levantadas incluem o patenteamento da vida, [179] o uso de direitos de propriedade intelectual, [180] o nível de rotulagem dos produtos, [181] [182] o controle do fornecimento de alimentos [183] ​​e a objetividade do processo regulatório. [184] Embora dúvidas tenham sido levantadas, [185] economicamente, a maioria dos estudos descobriu que o cultivo de transgênicos é benéfico para os agricultores. [186] [187] [188]

O fluxo gênico entre as safras GM e plantas compatíveis, junto com o aumento do uso de herbicidas seletivos, pode aumentar o risco de desenvolvimento de "super ervas daninhas". [189] Outras preocupações ambientais envolvem impactos potenciais em organismos não-alvo, incluindo micróbios do solo, [190] e um aumento em pragas de insetos resistentes e secundárias. [191] [192] Muitos dos impactos ambientais relacionados às culturas GM podem levar muitos anos para serem compreendidos e também são evidentes nas práticas agrícolas convencionais. [190] [193] Com a comercialização de peixes geneticamente modificados, há preocupações sobre quais serão as consequências ambientais se eles escaparem. [194]

Há três preocupações principais sobre a segurança dos alimentos geneticamente modificados: se eles podem provocar uma reação alérgica, se os genes podem ser transferidos dos alimentos para as células humanas e se os genes não aprovados para consumo humano podem se cruzar com outras culturas. [195] Há um consenso científico [196] [197] [198] [199] que os alimentos atualmente disponíveis derivados de culturas GM não representam maior risco para a saúde humana do que os alimentos convencionais, [200] [201] [202] [203 ] [204] mas que cada alimento GM precisa ser testado caso a caso antes de sua introdução. [205] [206] [207] No entanto, os membros do público têm menos probabilidade do que os cientistas de perceber os alimentos GM como seguros. [208] [209] [210] [211]

A engenharia genética está presente em muitas histórias de ficção científica. [212] Romance de Frank Herbert A peste branca descreveu o uso deliberado de engenharia genética para criar um patógeno que matava especificamente mulheres. [212] Outra das criações de Herbert, o Duna série de romances, usa a engenharia genética para criar os poderosos, mas desprezados Tleilaxu. [213] Filmes como A ilha e Blade Runner traga a criatura projetada para confrontar a pessoa que a criou ou o ser de onde foi clonada. Poucos filmes informaram o público sobre engenharia genética, com exceção de 1978 Os meninos do brasil e o 1993 Parque jurassico, ambas com recurso a aula, demonstração e clipe de filme científico. [214] [215] Os métodos de engenharia genética são fracamente representados no filme Michael Clark, escrevendo para o The Wellcome Trust, chama o retrato da engenharia genética e da biotecnologia de "seriamente distorcido" [215] em filmes como O 6º dia. Na visão de Clark, a biotecnologia é tipicamente "dada a formas fantásticas, mas visualmente cativantes", enquanto a ciência é relegada a segundo plano ou ficcionalizada para se adequar a um público jovem. [215]


Tipos de mutagênicos: químicos e físicos | Genética

Neste artigo iremos discutir sobre os tipos químicos e físicos dos mutagênicos.

1. Mutagênicos químicos:

Singer e Kusmierek (1982) publicaram uma excelente revisão sobre mutagênese química.

Alguns dos mutagênicos químicos e mutagênese são dados na Tabela 9.3 e descritos abaixo:

Eu. Analógicos de base:

Um análogo de base é um composto químico semelhante a uma das quatro bases do DNA. Ele pode ser incorporado em uma cadeia polinucleotídica em crescimento quando ocorre o processo normal de replicação. & # 8217 Esses compostos têm propriedades de emparelhamento de bases diferentes das bases. Eles substituem as bases e causam mutação estável.

Um análogo de base muito comum e amplamente utilizado é o 5-bromouracil (5-BU), que é um análogo da timina. O 5-BU funciona como timina e emparelha-se com adenina (Fig. 9.6A).

O 5-BU sofre mudança tautomérica da forma ceto para a forma enol causada pelo átomo de bromo. A forma enol pode existir por muito tempo para o 5-BU do que para a timina (Fig. 9.6B). Se o 5-BU substitui uma timina, ele gera uma guanina durante a replicação que, por sua vez, especifica o par G: C causador da citosina (Fig. 9.6A).

Durante a replicação, a forma cetônica de 5-BU substitui T e a replicação de um par AT inicial torna-se um par A: BU (Fig. 9.7A). A forma rara de enol de 5-BU que emparelha com G é a primeira etapa mutagênica de replicação. Na próxima rodada de duplicação de pares G com C. Assim, a transição é concluída do par AT → GC.

O 5-BU também pode induzir a conversão de GC em AT. A forma enol raramente atua como um análogo da citosina ao invés de timina. Devido ao erro, o par GC é convertido em um par G: BU que por sua vez se torna um par AT (Fig. 9.7B). Devido a essas propriedades de emparelhamento, o 5-BU é usado na quimioterapia de vírus e câncer. Por causa do emparelhamento com a guanina, ele perturba o processo normal de replicação em microorganismos.

A 5-bromodeoxiuridina (5-BDU) pode substituir a timidina na molécula de DNA. A 2-amino-purina (2-AP) e 2, 6-di-amino-purina (2, 6-DAP) são os análogos da purina. O 2-AP normalmente se emparelha com a timina, mas é capaz de formar uma única ligação de hidrogênio com a citosina, resultando na transição de AT para GC. O 2-AP e o 2, 6-DAP não são tão eficazes quanto o 5-BU e o 5-BDU.

Ii. Substâncias químicas que alteram a especificidade da ligação de hidrogênio:

Existem muitos produtos químicos que, após sua incorporação ao DNA, alteram a especificidade da ligação de hidrogênio. Aqueles que são usados ​​como mutagênicos são óxido nitroso (HNO2), hidroxilamina (HA) e etilmetanossulfonato (EMS).

O óxido nitroso converte o grupo amino de bases em grupo ceto por meio da desaminação oxidativa. A ordem de frequência de desaminação (remoção do grupo amino) é adenina & gt citosina & gt guanina.

(b) Desaminação de Adenina:

A desaminação da adenina resulta na formação de hipoxantina, cujo comportamento de emparelhamento é semelhante ao da guanina. Portanto, ele emparelha com citosina em vez de timina substituindo o emparelhamento AT pelo emparelhamento GC (Fig. 9.8A).

(c) Desaminação de citosina:

A desaminação da citosina resulta na formação de uracila por substituição - NH2 grupo com grupo -OH. A afinidade para a ligação de hidrogênio do uracil é como a timina, portanto, o par C-G e o shying são substituídos pelo par U-A (Fig. 9.8B).

(d) Desaminação da Guanina:

A desaminação da guanina resulta na formação de xantina, esta última não é mutagênica. A xantina se comporta como a guanina porque não há mudança no comportamento de emparelhamento. Pares de xantina com citosina. Portanto, o emparelhamento G-C é substituído pelo emparelhamento X-C.

(e) Hidroxilamina (NH2OH):

Ele hidroxila o C4 nitrogênio da citosina e se converte em uma base modificada por meio de desaminação que causa pares de bases como a tiamina. Portanto, os pares GC são transformados em pares AT.

Iii. Agentes Alquilantes:

A adição de um grupo alquil ao oxigênio da ligação de hidrogênio da guanina (N7 posição) e adenina (em N3 posição) resíduos de DNA é feito por agentes alquilantes. Como resultado da alquilação, a possibilidade de ionização é aumentada com a introdução de erros de emparelhamento. A hidrólise da ligação do açúcar-base ocorre, resultando em lacuna em uma cadeia.

Este fenômeno de perda de base alquilada da molécula de DNA (pela quebra da ligação que une o nitrogênio da purina e da desoxirribose) é chamado de depurinação. A depurinação nem sempre é mutagênica. A lacuna criada pela perda de uma purina pode ser reparada com eficácia.

A seguir estão alguns dos importantes agentes alquilantes amplamente usados:

EMS tem a especificidade para remover guanina e citosina da cadeia e resulta na formação de lacunas. Qualquer base (A, T, G, C) pode ser inserida na lacuna. Durante a replicação, a cadeia sem lacuna resultará em DNA normal. Na segunda rodada de lacuna de replicação é preenchido por uma base adequada.

Se a base correta for inserida, a sequência normal de DNA será produzida. A inserção de bases incorretas resulta em mutação de transversão ou transição. Outro exemplo é a metil nitrosoguanidina, que adiciona o grupo metil à guanina, fazendo com que ela pareie incorretamente com a tiamina. Após a replicação subsequente, GC é convertido em transição AT.

4. Agentes intercalados:

Existem certos corantes, como laranja de acridina, proflavina e acriflavina, que são três moléculas em anel de dimensões semelhantes às dos pares de pirimidina purina (Fig. 9.9). Em solução aquosa, esses corantes podem se inserir no DNA (ou seja, intercalar o DNA) entre as bases em pares adjacentes por um processo denominado intercalação.

Portanto, os corantes são chamados de agentes intercalantes. As acridinas são moléculas planas (planas) que podem ser intercaladas entre os pares de bases do DNA e distorcem o DNA e resultam na deleção ou inserção após a replicação da molécula de DNA. Devido à deleção ou inserção de agentes intercalantes, ocorrem mutações frameshift (Fig. 9.10).

2. Mutagênicos físicos:

Eu. Radiações como mutagênicos:

A radiação é o mais importante entre os mutagênicos físicos. As radiações que danificam as moléculas de DNA ficam na faixa de comprimento de onda abaixo de 340 nm e a energia do fóton acima de 1 eletro-volt (eV). A radiação destrutiva consiste em raios ultravioleta (UV), raios X, raios ү, raios alfa (α), raios beta (β), raios cósmicos, nêutrons, etc. (Fig. 9.11).

O dano induzido pela radiação pode ser classificado em três tipos amplos: dano letal (matar os organismos), dano potencialmente letal (pode ser letal em certas condições normais) e dano subletal (as células não morrem a menos que a radiação alcance um determinado valor limite ) O efeito do dano ocorre em nível molecular.

Em uma célula viva, o dano por radiação a proteínas, lipoproteínas, DNA, carboidratos, etc. é causado diretamente por ionização / excitação ou indiretamente por radicais livres altamente reativos produzidos pela radiólise da água celular. O DNA armazena informações genéticas & # 8217s, portanto, um dano a ele assume grande dimensão. Pode perpetuar os efeitos genéticos e, portanto, o sistema de reparo celular é amplamente dedicado ao seu bem-estar.

Quando as bactérias são expostas à radiação, elas perdem gradualmente a capacidade de desenvolver colônias. Esta perda gradual de viabilidade pode ser expressa graficamente traçando as colônias sobreviventes em relação ao tempo de exposição que aumenta gradualmente. Este gráfico de dose-resposta é chamado de curva de sobrevivência. A curva de sobrevivência das bactérias é apresentada na Fig. 9.12. A curva de sobrevivência é analisada por uma teoria matemática simples chamada teoria do sucesso.

Cada organismo possui pelo menos um local sensível que é conhecido como local-alvo. Fótons de radiação (partículas de luz) danificam ou atingem o local alvo e inativam os organismos. Pode-se derivar a equação com base nesta teoria.

As equações ajudam a calcular a curva de sobrevivência para muitos tipos de populações de N organismos idênticos expostos à dose D de radiação que causa danos. O número dN danificado por uma dose dD é proporcional à população inicial que não recebeu radiação, portanto dN = KN

K é a constante que mede a eficácia da dose.

Integrando esta equação de N = Não em D = O, obtemos

A fração sobrevivente S = N / Não é

Um gráfico do S vírus D fornece uma linha reta com uma inclinação de -K (Fig. 9.12). Esse tipo de curva é chamado de curva exponencial ou de acerto único. A curva exponencial é obtida quando os fagos são irradiados com raios-X.

Se houver uma população de organismos diferentes e cada organismo consistir em pelo menos n locais, cada local deve ser atingido para inativar um organismo. Portanto, cada organismo é atingido por n vezes. A probabilidade de uma unidade ser atingida por uma dose D é, P = 1-e -KD), então a probabilidade de Pn será Pn = (1-e -KD) n

A fração sobrevivente S da população é 1-pn ou S = 1- (1-e -KD) n & # 8230 (3)

Esta equação pode ser expandida como:

No grande valor de D, os termos de ordem superior tornam-se insignificantes em comparação com Portanto, em alta dose D,

Quando a equação 3 é plotada para K & # 8211 1, vários valores de n revelam que, para pequenos valores de D, In S muda gradualmente (Fig. 9.13). No grande valor de D, a equação 4 domina e a curva torna-se linear.

Ii. Radiação ultravioleta (UV):

A radiação ultravioleta causa danos no duplex de DNA das bactérias e fagos. Os raios ultravioleta são absorvidos e causam excitação de macromoléculas. Os máximos de absorção de ácido nucléico = (280 nm) e proteína (260 nm) são mais ou menos semelhantes. A molécula de DNA é a molécula alvo dos raios ultravioleta, mas não das proteínas. No entanto, o espectro de absorção do RNA é bastante semelhante ao do DNA.

O DNA excitado leva a ligações cruzadas, quebras de fita simples e danos à base como lesão menor e geração de dímero de nucleotídeo como principal. As purinas são geralmente mais resistentes ao rádio do que a pirimidina desta, a timina é mais reativa do que a citosina.

Portanto, a proporção de dímero de timina-timina (TT), timina-citosina (TC), citosina-citosina (CC) (Fig. 9.14) é de 10: 3: 3, respectivamente. Alguns dímeros de TU e UU também aparecem. O passo inicial na dimerização da pirimidina é conhecido por ser a hidratação de suas ligações 4: 5.

A formação de dímero de timina-timina (TT) causa distorção da hélice do DNA porque as timinas são puxadas uma em direção à outra. A distorção resulta no enfraquecimento da ligação de hidrogênio às adeninas na fita oposta. Essa distorção estrutural inibe o avanço da bifurcação de replicação.

Iii. Os Raios-X:

Os raios X causam a quebra das ligações de ésteres de fosfato no DNA. Essa quebra ocorre em um ou mais pontos. Consequentemente, um grande número de bases é excluído ou reorganizado na molécula de DNA.

Os raios X podem quebrar o DNA em uma ou ambas as fitas. Se ocorrerem rupturas em ambos os fios, torna-se letal. O segmento de DNA entre as duas quebras é removido, resultando na exclusão. Uma vez que tanto os raios X quanto os raios UV causam danos à molécula de DNA, eles são usados ​​na esterilização de bactérias e vírus.


O básico do seu código genético, explicado

Estamos tentando descobrir como o DNA funciona desde o início dos tempos. Podemos estar razoavelmente certos de que as pessoas sempre olharam umas para as outras, ou para famílias inteiras, e se perguntaram coisas como: "Como é que todos nós temos exatamente o mesmo cabelo gloriosamente encaracolado?" ou "Por que todos os membros da família ao lado correm como gazelas quando somos mais parecidos com tartarugas?" Quando as pessoas pensavam esse tipo de coisa, pensavam no DNA. Eles simplesmente não sabiam ainda.

E não era apenas nas pessoas. Os fazendeiros observaram características no gado, por exemplo, e criaram ovelhas seletivamente para terem lã gloriosamente encaracolada e fina. Eles colheram e cultivaram as maçãs vermelhas mais doces encontradas crescendo silvestres, ao invés das verdes amadeiradas e azedas - todas as decisões enraizadas no DNA.

Podíamos sentir que havia algo invisível governando a herança em todos os seres vivos ao nosso redor. Muitas teorias foram apresentadas, sustentadas como fatos e então abandonadas com o passar dos séculos e milênios (pré-formacionismo, alguém?).

Eventualmente, essas teorias foram refinadas no que chamamos de genética. Coincidentemente, a teoria da herança genética e o DNA como um composto foram descritos em meados de 1800, mas não estiveram diretamente ligados um ao outro por quase outros 100 anos. Experimentos mostrando que o DNA é a molécula responsável pela herança foram feitos nas décadas de 1940 e 50, pouco antes da agora famosa estrutura de dupla hélice ser descoberta.

O que é DNA?

Então, o que é DNA? E o que isso tem a ver com cabelos crespos e crespos? Simplificando, o DNA é a molécula que contém a informação genética que todos os pais transmitem aos seus filhos biológicos, sejam eles humanos, uma baleia azul ou um macaco rhesus. Ele desempenha um papel nas características físicas, doenças, características comportamentais e até mesmo em considerações dietéticas como a sensibilidade à lactose, o açúcar encontrado no leite. Infelizmente, não somos todos iguais quando se trata de sorvete.

Pense no DNA como o projeto mais intrincadamente detalhado que se possa imaginar, e com o qual todos nascemos. Diz ao nosso corpo como crescer e funcionar ao longo do tempo, e inclui instruções detalhadas para coisas como fibras musculares de disparo mais rápido e cabelos encaracolados gloriosamente.

A composição do seu código genético

Para entender o DNA um pouco melhor, precisamos examinar seus blocos de construção - os nucleotídeos.

Em termos simples, um nucleotídeo é um açúcar (desoxirribose), com um grupo fosfato e uma base nitrogenada. O açúcar e o fosfato se unem a outros nucleotídeos acima e abaixo em uma estrutura de bases que compõe uma única fita de DNA.

Lembre-se da imagem do DNA em forma de escada? É uma boa maneira de imaginar os fundamentos da construção do DNA. Duas fitas simples de DNA se unem, com os andaimes de açúcar-fosfato de cada lado e as bases nitrogenadas no meio, como degraus da escada. As bases têm uma característica única, pois são meio que co-dependentes e realmente gostam de sair com apenas um outro tipo de base e, juntas, formam um par inseparável - a manteiga de amendoim e a geleia do mundo dos nucleotídeos.

Existem quatro tipos de bases: Adenina, Citosina, Guanina e Timina (A, C, G e T). Adenina só será vista com timina e citosina com guanina. Se você vir Adenina e Citosina juntas, isso é um problema e um outro tópico. As bases se estendem de um lado da escada para encontrar seu melhor amigo do outro lado para formar pares de bases, e a ironia é que, apesar de suas escolhas sobre com quem se relacionam, eles na verdade unem toda a vertente. Com os degraus no lugar, temos DNA de fita dupla.

Para completar o quadro, você precisa imaginar que a escada gira à medida que sobe. Outra palavra para espiral é hélice, e essa é a que usamos para DNA. Como existem duas espirais, uma de cada lado da escada, chamamos a forma de dupla hélice.

Os genes são o que fazem você, tu

Mas como passamos das hélices duplas aos genes que nos dão nossas características únicas, como pernas de velocista ou uma relação complexa com queijo? Antes de chegarmos lá, precisamos conversar sobre cromossomos e de onde vem nosso DNA.

Um cromossomo é uma única fita dupla contínua de DNA. Os humanos têm 46 deles, ou 23 pares de cromossomos. O número de cromossomos que temos é um tanto arbitrário. Se você fosse um pombo, teria 80 por batata, 48. Um rato viscacha das planícies tem 112 incríveis. No caso dos humanos, recebemos metade de cada par de cada um de nossos pais: 23 de nossa mãe, e 23 de nosso pai. Vinte e dois desses pares são comuns entre homens e mulheres, o vigésimo terceiro cromossomo determina se somos ou não homens ou mulheres - os cromossomos X e Y.

De volta aos genes. Seus genes são seções específicas dentro de uma fita de DNA que codificam algo - algo que pode ser herdado de seus pais. Quando dizemos “código para algo”, queremos dizer que eles carregam um conjunto específico de instruções, e essas instruções são expressas como uma sequência de bases Adenina, Timina, Citosina ou Guanina. Se o DNA é o livro de receitas, então um gene é uma receita para algo muito específico - as instruções para um certo tipo de fibra muscular que permite a alguns de nós correr como o vento.

Mas os genes não fazem a construção por si próprios. Eles são responsáveis ​​pelo resultado final, mas têm um papel mais de supervisão. Os verdadeiros trabalhadores são os aminoácidos, e o que os genes fazem é instruir como os aminoácidos são organizados em agrupamentos complicados que conhecemos como proteínas.A forma desses agrupamentos e os tipos de aminoácidos que os compõem determinam a função dessa proteína e que tipo de células ela ajudará a criar.

Em linguagem simples: se o código de um gene diz: "Ei, aminoácidos, construa para mim uma proteína para uma fibra muscular, mas não apenas qualquer fibra muscular velha, uma que seja mais espessa e rápida de se contrair, mas se canse mais rápido. E faça muitos deles ", então é nisso que os aminoácidos se juntam (com a ajuda do RNA, mas isso é outra história), e é mais provável que você seja um velocista do que um maratonista. Existem aproximadamente 20.000 genes codificadores de proteínas humanas que instruem arranjos de aminoácidos para proteínas que criam características, e o resultado final deste empreendimento incrivelmente complexo é o que torna você, tu.

Todos os seus genes em todos os seus cromossomos são chamados coletivamente de genoma. Surpreendentemente, os genes que codificam proteínas constituem apenas cerca de 2% do seu genoma. Esta pequena, mas extremamente importante parte de seu genoma é chamada de exoma. Ele contém todos os genes para todas as coisas como seu gene velocista, cabelo cacheado, sensibilidade à lactose ou predisposição para certas doenças. Há outros cerca de 7 a 8% que também são funcionais, mas não codificam para proteínas, e 90% que é, bem, o assunto de muito debate (para dizer o mínimo). Lembre-se, o genoma humano foi sequenciado pela primeira vez em 2003, então ainda estamos aprendendo coisas novas todos os dias. O DNA está longe de ser um livro fechado.

Sequenciamento Exome + Próxima Geração

Na Helix, sequenciamos o que chamamos de Exome +. Isso significa que coletamos todos os dados de sua codificação de proteína de 2%, bem como áreas dos outros 98% que sabemos atualmente que têm coisas importantes a dizer sobre você. São até 100 vezes mais dados do que outras empresas de genética de consumo.

Também sequenciamos seu DNA em vez de genotipá-lo, o que significa que você obtém uma visão mais completa. Se o sequenciamento é a leitura de cada palavra em cada página de um livro, a genotipagem é a digitalização de algumas palavras por página para obter a essência da ação. A vantagem de ser a fastidiosa traça do DNA, também conhecida como sequenciamento, é que dentro de todas essas informações estão desconhecidos que um dia se tornarão conhecidos, então, à medida que o campo da genética fizer novas descobertas sobre o DNA, você fará novas descobertas sobre si mesmo.

Por causa da novidade de muitos desses conhecimentos, as lições que você pode ter aprendido na aula de ciências não chegariam nem perto do que sabemos hoje, especialmente quanto mais tempo atrás você sentou naquela aula. Lembre-se, só concluímos o primeiro sequenciamento do genoma humano em 2003! Aprendemos muito desde então e temos um longo caminho a percorrer. Hoje podemos sequenciar o seu DNA e dizer coisas concretas que vão muito além da ancestralidade e das características físicas - embora essas sejam coisas boas também.

O DNA tem muito a dizer sobre sua saúde, condicionamento físico, fertilidade e até mesmo suas preferências de sabor, e embora alguns dos detalhes do DNA desta postagem possam passar despercebidos com o tempo, os insights que você obterá sobre si mesmo ao sequenciar seu DNA podem seja bem memorável.


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Terminologia do gene - um gene é uma sequência física única e concreta? - Biologia

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  • Gene, marcador de DNA, QTL e descrições de marcadores citogenéticos
  • Fenótipos genéticos de camundongo, inter-relacionamentos genéticos e loci polimórficos
  • Dados de ontologia de doenças humanas (DO)
  • Loci polimórficos relacionados a cepas especificadas
  • SNPs e outros polimorfismos de sequência
  • Dados de homologia de vertebrados
  • Dados de sequência
  • Sondas moleculares e clones (sondas, clones, primers e YACs)
  • Dados de mapeamento genético e físico
  • Informações sobre cepas consanguíneas (lista de M. Festing)
  • Referências que suportam todos os dados em MGD

Links de dados para bancos de dados externos

MGD fornece links para informações relevantes em bancos de dados externos, sempre que possível.

Pela. Links de MGD para.
MarcadoresEC, Ensembl, Entrez, InterPro, NCBI, PDB, UniGene, VEGA
FenótiposHerança Mendeliana on-line no Homem (OMIM) para dados de doenças humanas
SNPs e polimorfismos de sequência dbSNP
Homologias Entrez, HGNC, HomoloGene, NCBI, Ensembl Gene Tree, Uniprot, VEGA, VISTA
SeqüênciasÍndices genéticos de camundongo GenBank, RefSeq, Uni-PROT e TrEMBL
Sondas moleculares e clonesGenBank, EMBL, DDBJ, IMAGE e RIKEN
ReferênciasPubMed

Genes e marcadores

MGD contém informações sobre genes de camundongos, segmentos de DNA, marcadores citogenéticos e QTLs (ver Genes e Marcadores). Cada registro pode incluir o símbolo do marcador, nome, outros nomes ou símbolos e sinônimos, história de nomenclatura, alelos, STSs, atribuição cromossômica, localização de centimorgan, banda citogenética, número EC (para enzimas), classificações fenotípicas, dados de doenças humanas, Ontologia Genética ( GO) termos, IDs de acesso MGD e referências de apoio. Consulte Interpretando um Resumo de Genes e Marcadores e Interpretando Detalhes de Genes para obter mais informações sobre o conteúdo da exibição de um registro de marcador conforme ele aparece nos resultados da consulta.

As informações sobre os alelos, anteriormente incorporadas nas descrições do fenótipo, são armazenadas como um conjunto de dados separado (consulte Alelos fenotípicos). Links para alelos são fornecidos em registros de detalhes de genes. Além disso, há um Formulário de Consulta de Fenótipos, Alelos e Modelos de Doenças para consultas diretas ao conjunto de dados de alelos. Consulte Detalhes para obter o conteúdo de um registro de alelo conforme exibido nos resultados da consulta.

Alelos fenotípicos

MGD contém informações sobre alelos mutantes, transgenes, QTLs, características de cepas, vocabulários de fenótipos, modelos de doenças humanas e fenótipos comparativos. O acesso integrado aos dados do fenótipo e do modelo de doença pode ser acessado por meio de quatro formulários de consulta (Genes e Marcadores, Fenótipos e Alelos, Human & mdashMouse: Disease Connection e Batch Query). Essas formas fornecem abordagens genéticas, fenotípicas e computacionais para exibir fontes de variação fenotípica (gene único, mutações genéticas, QTLs, cepas), bem como dados sobre correlação de doenças humanas e modelos de camundongos. O navegador Human Disease Ontology (DO) permite que você navegue e pesquise doenças, condições e síndromes diretamente. Resumo de alelos fenotípicos e relatórios detalhados fornecem informações detalhadas sobre o conteúdo dos registros de fenótipos, incluindo fenótipos observados em camundongos e fundo genético. A página Human Disease and Mouse Model Detail lista marcadores homólogos de camundongos e humanos onde mutações em uma ou ambas as espécies foram associadas a fenótipos característicos desta doença, bem como a quaisquer modelos de camundongos.

Dados de Sequência

  • Vastas quantidades de dados de sequência são integradas às informações biológicas no MGD. Isso inclui sequências de mouse do GenBank, RefSeq e.
  • MGD contém atributos de sequência, como comprimento e dados do provedor sobre os clones dos quais as sequências foram derivadas e os genes aos quais as sequências foram associadas. Por causa de nossas associações com curadoria entre marcadores de mouse e sequências, você pode pesquisar usando nomenclatura, posição do mapa, função (anotação GO, domínio InterPro), expressão (tecido e estágio de desenvolvimento) e fenótipos de alelos mutantes.
  • As informações de origem sobre os clones dos quais as sequências são derivadas, como cepa, tecido ou biblioteca, são cuidadosamente traduzidas em vocabulários controlados (consulte Navegadores de vocabulário). Isso adiciona um enorme poder às consultas em sequência, uma vez que os autores costumam usar vários termos para especificar uma cepa ou tecido.

Navegadores de vocabulário

  • Os navegadores de vocabulário MGD fornecem acesso a conjuntos restritos de termos definidos que representam informações complexas.
  • Esses vocabulários (conhecidos como DAGs ou gráficos acíclicos dirigidos) têm uma estrutura em árvore (ou hierárquica): os termos são organizados principalmente por sua relação com outros termos.
  • Os navegadores de vocabulário MGD atualmente disponíveis são:

Nome do navegadorUse este navegador para pesquisar.
Navegador GO (Gene Ontology) Detalhes e relacionamentos do termo de GO.
Links para genes associados ao seu termo ou a quaisquer subtermos.
Mouse Developmental Anatomy Browser Estruturas anatômicas.
Links para resultados de expressões associadas.
Navegador do Disease Ontology (DO)Termos de doenças humanas.
Links para páginas de detalhes contendo genótipos anotados com esses termos.
Links para páginas da web do modelo de doença.
Mammalian Phenotype Browser Termos do fenótipo de mamífero.
Detalhes dos termos e relações entre os termos.
Links para genótipos anotados com cada termo ou qualquer subtermo.
Navegador de fenótipo humano Termos do fenótipo humano.
Detalhes dos termos e relações entre os termos.
Links para doenças humanas e os termos do fenótipo humano de alto nível associados ao termo.

Dados SNP

  • MGD fornece informações abrangentes sobre SNPs de referência, incluindo a sequência de flanqueamento de referência, ensaios que compreendem o SNP, associações de gene / marcador com suas anotações de classe de função correspondentes e links para navegadores de genes populares, incluindo Mouse Genome Browser e seu transcrito, modelo de gene e MGD- fenótipo com curadoria e faixas de alelos.
  • O Formulário de consulta SNP do mouse permite pesquisar RefSNPs por cepas, comparações de cepas, atributos RefSNP, posição do mapa, intervalo de marcadores ou genes associados.

Sondas e clones moleculares

Sondas, clones, primers, anticorpos, etc. associados aos dados MGI para um gene ou característica do genoma estão disponíveis por meio de um Reagentes moleculares link nas páginas de detalhes do gene (ou característica do genoma) ou de um link nas páginas de detalhes de resultados de consulta de referências para Sondas e clones moleculares.

Informações sobre polimorfismos genéticos são extraídas de registros de sonda / clone no MGD.

Homologia de Vertebrados

MGD contém informações de homologia para camundongos, humanos, ratos, bovinos e outros organismos vertebrados.

O MGI fornece um conjunto com curadoria de homólogos de vertebrados para a comunidade de pesquisa. MGI se concentra na integração de conjuntos de homologia de genomas de vertebrados sequenciados (por exemplo, humano, rato, cachorro, chimpanzé). MGI carrega asserções de homologia de vertebrados baseadas em sequência do NCBI HomoloGene. O HomoloGene detecta programaticamente homólogos entre as características do genoma de vários genomas eucarióticos completamente sequenciados. Além disso, continuamos a trabalhar com a comunidade de pesquisa para selecionar cuidadosamente conjuntos de famílias de genes, geralmente por iniciativa da comunidade de pesquisa.

Genes homólogos associados a um gene de camundongo ou característica do genoma estão disponíveis por meio de links da seção Homologia de Vertebrados na página Detalhes de um gene / característica do genoma. A realização de uma pesquisa rápida usando um gene que não seja de camundongo ou ID de acesso de sequência retorna um link para a página Vertebrate Homology Class.

Dados de mapeamento

MGD contém mapeamento genético e dados de ligação, incluindo dados de haplótipos para cruzamentos de ligação, no local dados de hibridização, informações de mapeamento de deleção, mapeamento de ponto de interrupção de translocação, híbridos de células somáticas, tabelas de concordância, informações de cepas congênicas e informações de mapeamento físico.

As posições de Centimorgan para genes e marcadores em MGI são baseadas na interpolação linear usando o mapa genético padrão descrito em Cox et al. (2009) (PMID).

"Recombinant Congenic Strains - A New Tool for Analyzing Genetic Traits Determined by More Than One Gene", Immunogenetics 24: 416-422, 1986.

Conjuntos de dados do painel de mapeamento de DNA

    Copeland-Jenkins: (C57BL / 6J x M. spretus) F1 x C57BL / 6J
    BCB de recurso mutante de camundongo JAX: (C57BL / 6J x CAST / Ei) F1 x C57BL / 6J
    Recurso BSS de mutante de camundongo JAX: (C57BL / 6J x SPRET / Ei) F1 x SPRET / Ei
    Kozak FvC58: (NFS / N x M. spretus) F1 x C58 / J Kozak FvSpr: (NFS / N x M. spretus) F1 x M. spretus
    Kozak Skive: (NFS / N ou C58 / J x M. m. Musculus) F1 x M. m. musculus
    Seldin: (C3H / HeJ-Fasl & ltgld & gt x M. spretus) F1 x C3H / HeJ-Fasl & ltgld & gt
    UCLA (BSB): (C57BL / 6J x M. spretus) F1 x C57BL / 6J

Os dados do Painel de Mapeamento de DNA podem aparecer em formato tabular, onde cada coluna representa um único descendente do cruzamento, e cada linha indica, para cada locus, qual alelo está presente em cada um dos descendentes. A ordem das linhas é determinada pela ligação no cromossomo, e o local mais próximo do centrômero aparece no topo da tela. As localizações de Centimorgan para loci na cruz são determinadas pelo provedor da cruz. ->

Exibições de mapa gráfico

Mapas Genéticos

Quando disponíveis, as páginas de detalhes de características do gene / genoma fornecem um link para um Mapa Genético Detalhado que mostra todos os marcadores dentro de um cM do marcador.


Definição de pleiotropia

Na pleiotropia, um gene controla a expressão de várias características fenotípicas. Fenótipos são características expressas fisicamente, como cor, formato do corpo e altura. Muitas vezes é difícil detectar quais características podem ser o resultado da pleitoropia, a menos que ocorra uma mutação em um gene. Como os genes pleiotrópicos controlam múltiplas características, uma mutação em um gene pleiotrópico afetará mais de uma característica.

Normalmente, as características são determinadas por dois alelos (forma variante de um gene). Combinações específicas de alelos determinam a produção de proteínas que conduzem os processos para o desenvolvimento de características fenotípicas. Uma mutação que ocorre em um gene altera a sequência de DNA do gene. Mudar as sequências de segmentos gênicos na maioria das vezes resulta em proteínas que não funcionam. Em um gene pleiotrópico, todas as características associadas ao gene serão alteradas pela mutação.

Pleiotropia genética, também conhecida como pleiotropia de gene molecular, concentra-se no número de funções de um determinado gene. As funções são determinadas pelo número de características e fatores bioquímicos impactados por um gene. Os fatores bioquímicos incluem o número de reações enzimáticas catalisadas pelos produtos proteicos do gene.

Pleiotropia de desenvolvimento concentra-se em mutações e sua influência em características múltiplas. A mutação de um único gene se manifesta na alteração de várias características diferentes. As doenças que envolvem a pleiotropia mutacional são caracterizadas por deficiências em vários órgãos que afetam vários sistemas do corpo.

Pleiotropia seletiva concentra-se no número de componentes de aptidão separados afetados por uma mutação genética. O termo aptidão está relacionado ao sucesso de um determinado organismo em transferir seus genes para a próxima geração por meio da reprodução sexual. Esse tipo de pleiotropia se preocupa apenas com o impacto da seleção natural nas características.


Resultados

Identificação de aglomerados de ACE1 homólogos em outros fungos filamentosos

o ACE1 cluster de gene do metabolismo secundário de M. grisea compreende 15 genes: ACE1 e SYN2 são genes híbridos PKS-NRPS RAP1 e RAP2 código para enoil redutases CYP1-CYP4 para monoxigenases do citocromo P450 ORFZ para uma α / β-hidrolase OXR1 e OXR2 para oxidorredutases MFS1 códigos para um transportador na superfamília MFS BC2 códigos para um fator de transcrição de dedo de zinco binuclear OME1 códigos para uma O-metil transferase e ORF3 não tem homologia com proteínas conhecidas (Collemare et al, resultados não publicados). Para encontrar clusters de genes homólogos ao ACE1 cluster em outras espécies de fungos, usamos um algoritmo que pesquisou 26 genomas de fungos para loci onde pelo menos três ortólogos prováveis ​​de genes do ACE1 cluster foram ligados (ver Materiais e métodos). Esta pesquisa identificou nove grupos semelhantes em sete espécies de fungos do subfilo Pezizomycotina: três Sordariomycetes (Chaetomium globosum, Fusarium oxysporum e F. verticillioides), um dotideomiceto (Stagonospora nodorum) e três Eurotiomicetes (Aspergillus clavatus, Coccidioides immitis e Uncinocarpus reesii) (Figura 1).

ACE1 e ACE1-como agrupamentos de genes em fungos filamentosos. As cores indicam a ortologia do gene em espécies diferentes e parálogos na mesma espécie. As linhas horizontais indicam genes que são adjacentes no genoma, com orientações de genes conforme mostrado. As regiões genômicas não são desenhadas em escala. Partes A e B do M. grisea cluster conforme identificado no texto são marcados. O conjunto central de três genes que se infere ter estado presente no agrupamento ancestral é encaixotado. As linhas verticais indicam os parentes mais próximos dos genes no M. grisea cluster e um dos A. clavatus clusters, com base em análises filogenéticas (Figura 2 e arquivo de dados adicionais 1). A filogenia das espécies é baseada na análise da superárvore do genoma completo de Fitzpatrick et al [27] naquele estudo, a colocação de Dothideomycetes em relação a Sordariomycetes e Eurotiomycetes variou dependendo do método de análise, portanto, mostramos como uma tricotomia. A análise de Hane et al do completo S. nodorum o genoma colocou Dothideomycetes e Sordariomycetes em um clado com Eurotiomycetes fora [47]. A nomenclatura do gene específico da espécie é mostrada, exceto para M. grisea (Collemare et al, resultados não publicados). A coloração vermelha, verde e azul dos nomes das espécies corresponde à marcação de genes individuais dos agrupamentos na Figura 2 e no arquivo de dados adicionais 1.0.

Dois tipos de clusters relacionados ao ACE1 cluster foram identificados: grandes aglomerados com oito ou mais genes são encontrados em M. grisea, C. globosum e S. nodorum, enquanto clusters menores com três a seis genes são encontrados nos três Eurotiomicetos e em Fusarium espécies (Figura 1). C. globosum é incomum, pois seu genoma contém dois grandes ACE1como clusters, aos quais nos referimos como clusters 1 e 2. Da mesma forma, o A. clavatus o genoma tem dois clusters, conforme discutido abaixo. Curiosamente, um conjunto central de três genes (homólogos de ACE1, RAP1 e ORF3 encaixotado na Figura 1) está presente em todas as oito espécies.A presença desse núcleo sugere que a ligação física entre esses três genes é antiga e pode-se inferir que existiu no ancestral comum de todos os genomas considerados na Figura 1. Assim como os genes nos oito clusters mostrados na Figura 1, também identificamos um pequeno número de homólogos únicos de genes do M. grisea ACE1 aglomerados que estão localizados em localizações genômicas dispersas em outras espécies.

Análise filogenética do cluster ACE1 em fungos filamentosos

Análises filogenéticas gene por gene foram realizadas para decifrar a história evolutiva dos loci usando homólogos (mesmo em locais dispersos) de genes de M. grisea ACE1 cluster (Figura 2 e arquivo de dados adicionais 1). A primeira tendência evidente desta análise filogenética é que os genes de clusters em Eurotiomicetos e Fusarium spp. estão distantes daqueles do M. grisea, C. globosum e S. nodorum clusters. De fato, os genes em clusters dessas três últimas espécies definem clades suportados por altos valores de bootstrap (& gt 91%), com a exclusão de genes de Eurotiomycetes e Fusarium espécies (Figura 2a, b, e, f). Curiosamente, os genes de um dos dois clusters em A. clavatus estão mais intimamente relacionados aos genes no M. grisea ACE1 cluster do que para aqueles em ACE1-como clusters de outros Eurotiomycetes (veja abaixo). Em vista do conteúdo gênico dos clusters e suas relações filogenéticas, referimo-nos aos grandes clusters em M. grisea, C. globosum, S. nodorum e o maior dos dois clusters em A. clavatus Como "ACE1 clusters ", e para os clusters menores em Eurotiomycetes e Fusarium spp. Como "ACE1-like clusters ". Esses dois tipos de cluster provavelmente tiveram uma longa história de evolução independente, embora certamente compartilhem um ancestral comum.

Árvores de máxima verossimilhança para ACE1 genes de cluster e seus homólogos. (uma) ACE1 e SYN2 (b) RAP1 e RAP2 (c) CYP1 e CYP4 (d) CYP2 e CYP3 (e) ORF3 (f) ORFZ. Em cada árvore, os genes que aparecem na Figura 1 são nomeados em cores ou negrito. O destaque amarelo mostra os cinco genes no A. clavatus ACE1 cluster cujos parentes mais próximos são genes da parte B do M. grisea cacho. As porcentagens de bootstrap são mostradas para todos os nós. As árvores foram construídas a partir de sequências de aminoácidos conforme descrito em Métodos usando PHYML após alinhamento com filtragem ClustalW e Gblocks. Árvores para os outros cinco genes no ACE1 cluster são mostrados no arquivo de dados adicionais 1. Os valores do parâmetro de forma (α) para a distribuição gama foram estimados a partir dos dados como 1,329, 1,441, 2,476, 2,615, 2,536 e 0,961 para os painéis a-f, respectivamente. As proporções de sítios invariantes são 0,028, 0,035, 0,030, 0,068, 0,000 e 0,000, respectivamente. o M. grisea SYN2 gene corresponde a partes dos modelos de genes anotados automaticamente MGG_12452.5 e MGG_12451.5.

Em seguida, focamos nas origens dos genes duplicados no M. grisea cacho. Árvores filogenéticas mostram claramente que em M. grisea RAP2 é um parálogo de RAP1, CYP3 é um parálogo de CYP2, CYP4 é um parálogo de CYP1, e SYN2 é um parálogo de ACE1 (Figura 2a-d). Notavelmente, em cada um desses pares, um gene está localizado no lado esquerdo do M. grisea cluster e o outro está no lado direito. Assim, o M. grisea cluster parece ter sofrido duplicação parcial em tandem em algum estágio durante sua evolução, embora a ordem do gene não seja conservada entre as duas partes. A presença de dois ACE1 clusters em C. globosum é sugestivo de um segundo evento de duplicação de bloco nesta espécie. No entanto, para a maioria dos genes presentes em ambos C. globosum ACE1 clusters, a cópia do cluster 1 forma um clado com seus M. grisea homólogos. Esta estreita relação filogenética é observada para ACE1, RAP1, ORFZ, OXR1, CYP1, e OXR2. A única exceção a este padrão é M. grisea ORF3, que está um pouco mais perto do C. globosum gene cluster 2, mas com baixo suporte de bootstrap (Figura 2 e arquivo de dados adicionais 1). Esta constatação sugere que a duplicação que deu origem ao atual C. globosum os clusters 1 e 2 ocorreram em um ancestral comum de C. globosum e M. grisea, e que o cluster 2 correspondente em M. grisea estava perdido.

Com base nesta análise, dividimos o M. grisea agrupam-se em duas partes, A e B, de modo que cada um dos genes duplicados em M. grisea tem uma cópia na parte A e uma na parte B (Figura 1). Parte A em M. grisea consiste em nove genes, todos os quais têm ortólogos em um ou ambos os clusters em seu parente mais próximo C. globosum. Os clusters em outras espécies consistem em homólogos de genes de M. grisea parte A, mais um gene da parte B (ORF3 veja a discussão). A ordem dos genes da parte A não é conservada entre M. grisea, C. globosum e S. nodorum.

Surpreendentemente, esta análise filogenética mostra que cinco dos seis genes da parte B do M. grisea ACE1 grupo de agrupamento com genes do maior dos dois agrupamentos em A. clavatus, em vez de com os genes nas espécies mais estreitamente relacionadas (Sordariomycete) C. globosum, ou com sua parte A parálogos em M. grisea. Valores de bootstrap para agrupar o M. grisea genes da parte B SYN2, RAP2, CYP4, CYP3 e ORF3 com o deles A. clavatus homólogos são 98-100% (Figura 2a-e). O único gene da parte B do M. grisea cluster que não se agrupa com A. clavatus é OME1 (painel e do arquivo de dados adicionais 1), mas este também é o único gene cujo homólogo detectado em A. clavatus (ACLA_002520) não está fisicamente agrupado com os outros, o que coloca sua ortologia em questão. A consistência deste resultado filogenético para genes da parte B, e sua discordância com as relações de espécies esperadas, são indicativos de HGT entre A. clavatus e parte B do M. grisea cacho. Em contraste, sete dos nove genes da parte A do M. grisea cluster, incluindo ACE1 em si, encontra-se na posição filogenética esperada, formando um clado com C. globosum (Figura 2 e Arquivo adicional 1, as duas exceções são CYP2, que é discordante, mas tem um valor de bootstrap baixo de 66%, e MFS1, que não pode ser analisado porque não há homólogo no C. globosum clusters).

Para os quatro painéis na Figura 2 que incluem sequências de outros Eurotiomicetes (C. immitis e U. reesii) assim como A. clavatus, usamos o teste da razão de verossimilhança (LRT) para testar se as topologias mostradas (Figura 2a, b, e, f) têm probabilidades significativamente maiores do que as árvores alternativas onde os eurotiomicetos foram restringidos para formar um grupo monofilético. Em todos os quatro casos, a topologia mostrada na Figura 2 é significativamente mais provável do que a árvore esperada se os genes fossem herdados verticalmente (p & lt 0,001 para cada).

Identificando a direção da transferência de genes

Para determinar se a parte B do cluster foi transferida de um M. grisea-como doador para um ancestral de A. clavatus, ou vice-versa, examinamos árvores filogenéticas construídas a partir dos genes que possuem ortólogos em espécies que são parentes próximos de M. grisea e em espécies que estão mais perto de A. clavatus. Nós preveríamos que se um ancestral de A. clavatus foi o receptor do HGT, então os genes em seu ACE1 cluster não mostraria a relação próxima esperada com outras espécies de Eurotiomycete, como C. immitis e U. reesii (Figura 1) e, em vez disso, formaria um clado com a linhagem do doador (representada por M. grisea) Por outro lado, se a direção da transferência fosse de um A. clavatus-como doador para o M. grisea linhagem, esperaríamos que M. grisea genes da parte B para não formar um clado monofilético com as outras espécies de Sordariomycete C. globosum, e em vez de agrupar com Um clavatus.

Na árvore filogenética de ORF3 sequências, o compartilhado A. clavatus-M. Grisea ramo encontra-se dentro de um clado que contém homólogos dos dois clusters em C. globosum, assim como o dotideomiceto S. nodorum (Figura 2e). o ORF3 ortólogos de C. immitis e U. reesii claramente fora deste clado com suporte de bootstrap de 95%. Da mesma forma, a árvore filogenética de RAP1 e RAP2 ortólogos (Figura 2b) mostra que o ramo compartilhado contendo o A. clavatus gene e a parte B M. grisea gene (RAP2) está dentro de um clado maior que inclui o C. globosum e M. grisea parte A (RAP1) ortólogos. Os homólogos de C. immitis e U. reesii ficar do lado de fora (91% de suporte de bootstrap). Da mesma forma, a árvore filogenética da ACE1-SYN2 par (Figura 2a) coloca o A. clavatus sequência dentro de um clado Sordariomycete / Dothideomycete, distante dos outros Eurotiomycetes (C. immitis e U. reesii) Todas essas topologias indicam que um ancestral de M. grisea foi o doador dos genes transferidos da parte B e um ancestral de A. clavatus foi o destinatário.

ORFZ é o único gene no A. clavatus ACE1 cluster que não tem um homólogo na parte B do M. grisea cacho. A origem deste gene em A. clavatus não está claro. A análise filogenética (Figura 2f) indica que A. clavatus ORFZ não se agrupa com o C. immitis e U. reesii genes, e esta conclusão é apoiada pelo LRT. Este resultado sugere uma origem estrangeira para A. clavatus ORFZ, mas a ausência de um homólogo em M. grisea a parte B torna impossível testar se este gene tem uma origem semelhante a seus cinco genes vizinhos em A. clavatus.

Concluímos que há suporte filogenético para a hipótese de que pelo menos cinco dos seis genes no ACE1 aglomerado de A. clavatus originado por HGT, e que o doador único mais provável é um ancestral Sordariomycete relacionado a M. grisea.


Glossário

Talking Glossary of Genetic Terms from National Human Genome Research Institute.

Ativador (Ac) Um elemento transponível autônomo no milho que também controla o movimento de outro transposon, o Dissociador (DS).
32 Animação, 32 Vídeo adenina Uma das quatro bases que constituem o DNA. Abreviado com um 'A.'
15 Animação 19 Animação 20 Animação 21 Animação 22 Animação 23 Animação, 23 Problema 26 Animação 28 Animação adenovírus Os adenovírus contêm DNA de fita dupla e são excepcionalmente estáveis, permitindo que sobrevivam por períodos prolongados fora do corpo. Os adenovírus infectam as membranas do trato respiratório, olhos, intestinos e trato urinário e podem causar infecções respiratórias e distúrbios gastrointestinais.
24 Animação, 24 Eletroforese em gel de bio agarose Uma matriz composta de uma forma altamente purificada de ágar é usada para separar moléculas maiores de DNA e RNA que variam de 100 a 20.000 nucleotídeos.
23 Animação 24 Animação, 24 Vídeo, 24 Bio 29 Animação Alcaptonúria Uma condição hereditária rara em que a urina de uma pessoa fica com uma cor marrom-escura escura quando exposta ao ar. Uma mutação no gene HGD causa a doença.
13 Bio, 13 Problema 16 Alelo de animação Uma versão alternativa de um gene, por exemplo, as plantas de ervilha de Gregor Mendel têm flores com duas cores: branco e roxo-avermelhado. O gene da cor da flor, neste caso, tem dois alelos, um para branco e outro para roxo-avermelhado.
2 Animação 4 Animação, 4 Problema 5 Animação, 5 Problema 11 Animação 16 Animação de aminoácido Uma classe de moléculas que são os blocos de construção das proteínas. Existem 20 aminoácidos diferentes usados ​​para formar proteínas.
15 Animação, 15 Vídeo, 15 Bio 16 Animação apoptose (morte celular) O processo natural de morte celular programada como parte do crescimento e desenvolvimento normais.
38 Animation, 38 Problem Antennapedia Uma mutação homeótica de Drosófila, onde um par de pernas substitui a antena.
37 Animação, 37 Galeria autossomo Um cromossomo que não está envolvido na determinação do sexo.
39 conceito bactéria / bactéria Um organismo procariótico de uma única célula. (ver Escherichia coli)
17 Animação, 17 Bio 18 Animação 27 Animação, 27 Bio 28 Animação 30 Animação 40 Bio bacteriófago (fago ou partícula de fago) Um vírus que infecta bactérias. Formas alteradas são usadas como vetores para clonagem de DNA.
18 Animação 27 Animação 39 Animação emparelhamento de bases Descoberta feita por James Watson que foi a chave para resolver a estrutura do DNA. As bases que formam o par entre si: A a T e G a C. Os pares são mantidos juntos por ligações de hidrogênio
19 Animação BRCA1 / BRCA2 Mutações nos genes supressores de tumor BRCA1 e BRCA2 estão ligados ao câncer hereditário de mama e ovário.
36 Animação Biblioteca de cDNA Uma biblioteca composta de cópias complementares de mRNAs celulares.
36 Animação39 Animação40 Animação ciclo celular O processo de divisão e replicação celular. Nas células eucarióticas, o ciclo celular tem dois períodos: interfase, quando a célula cresce e duplica seu DNA (fases G1, S e G2), e mitose (fase M), quando a célula se divide em duas células-filhas.
38 Animation Central Dogma Theory desenvolvida por James Watson e Francis Crick para descrever o processo de produção de proteínas: DNA para RNA para proteína.
21 Animation, 21 Bio 25 Animation, 25 Bio centromeres Regiões de cromossomos constituídas por DNA não codificante e altamente repetitivo. Durante a mitose, essa região conecta as cromátides irmãs e anexa as fibras do fuso que atraem os cromossomos separados para pólos opostos.
7 Animação 8 Animação 39 Animação cromátide Cada uma das duas fitas filhas de um cromossomo duplicado uniu-se no centrômero durante a mitose e a meiose.
7 Animação 8 Animação 31 Animação cromatina Refere-se ao material combinado de DNA e proteína que se enrola para formar cromossomos.
29 Cromossomo de animação Cromossomos são pacotes de DNA encontrados no núcleo das células. Os humanos têm 46 cromossomos.
8 Animação, 8 Bio 9 Animação, 9 Vídeo, 9 Bio 10 Animação, 10 Vídeo, 10 Bio 11 Animação, 11 Vídeo, 11 Galeria, 11 Bio 29 Animação, 29 Vídeo, 29 Clone de problema Refere-se a uma réplica. As moléculas de DNA podem ser clonadas usando bactérias ou vírus como hospedeiros. Um clone genético também pode se referir a um organismo que é uma cópia genética do original - produzido por meio de várias técnicas in vitro.
34 Animação, 34 Vídeo 39 Animação códon Três bases em uma sequência de DNA que codifica o tipo de aminoácido a ser colocado na proteína. Por exemplo, o códon G-T-G significa o aminoácido valina.
22 Animação, 22 Vídeo, Bio 23 Animação DNA complementar (cDNA) A fita correspondente de uma molécula de DNA com a qual suas bases se emparelham.
19 Animação 20 Animação 22 Animação 36 Animação 39 Animação conjugação A transferência de material genético entre células bacterianas. O DNA é passado da célula doadora para a célula receptora por meio do contato direto célula a célula ou uma conexão entre duas células bacterianas.
18 Animação crossing-over A troca de sequências de DNA entre cromátides de cromossomos homólogos durante a meiose.
11 Animação, 11 Vídeo 27 Animação citosina Uma das quatro bases que constituem o DNA. Abreviado com um 'C'
15 Animação 19 Animação 20 Animação 21 Animação 22 Animação 23 Animação, 23 Problema 26 Animação 28 Animação DNA
(Ácido desoxirribonucléico) Um ácido orgânico e polímero composto de quatro bases nitrogenadas & mdash adenina, timina, citosina e guanina & mdash ligadas por meio de unidades intervenientes de fosfato e o açúcar pentose desoxirribose. O DNA é o material genético da maioria dos organismos e geralmente existe como uma molécula de fita dupla na qual duas fitas antiparalelas são mantidas juntas por ligações de hidrogênio entre a adenina-timina e a citosina-guanina.
17 Animação 19 Animação 20 Animação DNA array Os arrays de DNA (também conhecidos como microarrays ou genes chips) podem analisar padrões de expressão gênica e mostrar como a expressão gênica responde a fatores externos.
36 Animation, 36 Video, 36 Bio, 36 Problem DNA sequencing Procedures for determine the nucleotide sequence of a DNA fragment.
21 Bio 23 Animação 35 Animação 39 Animação deleção Uma mutação no DNA onde uma seção do DNA é deletada. Algumas deleções não têm efeito, enquanto outras podem ter um efeito drástico, dependendo de quanto DNA foi excluído e se a exclusão ocorreu em uma região do DNA que codificava uma proteína.
27 Animação 29 Bio 32 Bio 41 Animação centrifugação em gradiente de densidade Técnica em que células, organelas ou moléculas podem ser separadas por meio de força centrífuga, dependendo de seu tamanho, forma e densidade.
20 Animação, 20 Vídeo, 20 Bio, 20 Problema 21 Animação ácido desoxirribonucleico (Ver DNA) didesoxinucleotídeo Um desoxinucleotídeo que não possui um grupo hidroxila 3 'e, portanto, é incapaz de formar uma ligação fosfodiéster 3'-5' necessária para o alongamento da cadeia. Os didesoxinucleotídeos são usados ​​no sequenciamento de DNA e no tratamento de doenças virais.
23 Animação diplóide Condição em que o genoma de um organismo consiste em duas cópias de cada cromossomo.
8 Dissociador de problema (Ds) Um elemento transponível no milho, cuja mobilidade depende de outro elemento, Ativador (Ac)
32 Animação, 32 Vídeo dominante Um traço ou distúrbio genético é dominante quando apenas uma cópia do gene é necessária para que o traço se desenvolva. Um traço ou distúrbio recessivo se desenvolve quando duas cópias do gene são herdadas.
4 Animação, 4 Problema 5 Animação, 5 Problema 13 Animação, 13 Problema dupla hélice Descreve o enrolamento das fitas antiparalelas da molécula de DNA, semelhante a uma escada em espiral na qual as bases emparelhadas formam os degraus e os esqueletos açúcar-fosfato formam os trilhos .
17 Animação 19 Animação 20 Animação Drosophilia melanogaster (mosca da fruta) Um sistema de modelo animal usado para estudar genética. As moscas da fruta são fáceis de manter, têm um grande número de descendentes, crescem rapidamente e o genoma é relativamente simples de interromper e introduzir genes estranhos.
10 Animação, 10 Vídeo, 10 Problema 11 Animação, 11 Vídeo, 11 Problema 27 Animação 37 Animação, 37 Galeria, 37 Vídeo, 37 Problema 39 Animação eletroforese A técnica de separar moléculas carregadas em uma matriz à qual é aplicado um campo elétrico.
23 Animação, 24 Animação, 24 Vídeo, 24 Bio Escherichia coli (bactéria) Um tipo de bactéria que habita o cólon humano. A E. coli é um dos organismos mais importantes na pesquisa em genética molecular, principalmente na área de DNA recombinante, pois atua como hospedeiro de plasmídeos e outros vetores de clonagem.
18 Animação, Problema 34 Animação, 34 Vídeo, 34 Problema eugenia Um esforço para criar seres humanos melhores, encorajando a reprodução de pessoas com genes "bons" e desencorajando aqueles com genes "ruins". O movimento eugênico do século 19 começou nos Estados Unidos e acabou desacreditado.
14 Animação, Galeria 14, 14 Evolução do problema O processo de longo prazo através do qual uma população de organismos acumula mudanças genéticas que permitem que seus membros se adaptem com sucesso às condições ambientais e explorem melhor os recursos alimentares.
12 Animação, Galeria, 12 Vídeo, 12 Bio exon Uma seção de um gene que contém as instruções para fazer uma proteína.
24 Animação, 24 Problema 26 Animação 34 Gene de animação Uma porção do DNA que contém instruções para fazer uma proteína.
6 Animação 10 Animação 11 Animação, 12 Animação, 16 Animação expressão gênica O processo de produção de uma proteína a partir de suas sequências de codificação de DNA e mRNA.
33 Animação 36 Animação 37 Animação 39 Animação mapa genético (ligação) Um mapa linear das posições relativas dos genes ao longo de um cromossomo. As distâncias são estabelecidas por análise de ligação, que determina a frequência com que dois loci gênicos se separam durante a recombinação cromossômica.
11 Animação, 24 Animação GeneChips & reg Um processo de criação e incorporação de sequências de DNA específicas em uma superfície a ser usada para análise de DNA em grande escala (veja também DNA array).
36 Animação, 36 Vídeo, 36 Código biogenético O código de três letras que traduz a sequência de ácido nucleico em sequência de proteína (ver também códon).
21 Animação 22 vídeo, 22 Animação genoma Refere-se a todo o DNA de um organismo - todo o componente genético.
30 Animação 39 Animação, Vídeo genótipo A estrutura do DNA que determina a expressão de uma característica (fenótipo).
2 Animação 5 Animação linha germinativa A sequência de células que possuem material genético que pode ser passada para a descendência, por exemplo, zigoto para gametócito para espermatozoide e óvulos. As células da linha germinativa podem se reproduzir indefinidamente. guanina Uma das quatro bases que constituem o DNA. Abreviado com 'G.'
15 Animação 19 Animação 20 Animação 21 Animação 22 Animação 23 Animação, 23 Problema 26 Animação 28 Animação haplóide O número do cromossomo igual a um conjunto completo da dotação genética de um organismo eucariótico.
8 Animação, 8 Problema heterozigoto Possuindo duas formas diferentes (alelos) de um gene, um herdado de cada pai. Também conhecido como "portador de gene". histona Qualquer uma das cinco proteínas relacionadas, compostas principalmente de aminoácidos básicos, que são a estrutura em torno da qual o DNA é enrolado para formar a estrutura da cromatina dos cromossomos eucarióticos.
29 Animation, 29 Gallery, 29 Problem homeotic gene Genes que controlam os padrões de desenvolvimento, determinando onde, quando e como os segmentos e estruturas do corpo se desenvolvem. Alterações nesses genes causam mudanças nos padrões de partes do corpo em animais e plantas.
37 Animação, 37 Vídeo, 37 Homólogo do problema Qualquer membro de um conjunto de genes ou sequências de DNA de organismos diferentes cujas sequências de nucleotídeos mostram um alto grau de correspondência um a um.
11 Animação, 40 Animação homozigótica Possuindo duas formas idênticas (alelos) de um gene, uma herdada de cada pai. Cromossomo artificial humano (HAC) Um vetor artificial usado para transferir ou expressar grandes fragmentos de DNA humano, semelhante a um cromossomo artificial de levedura (YAC) e cromossomo artificial bacteriano (BAC). Projeto Genoma Humano Uma colaboração internacional para sequenciar e anotar todo o genoma humano. A parte pública do projeto foi realizada por vários centros de sequenciamento em todo o mundo com contribuições de milhares de cientistas. A parte privada do projeto foi realizada pela Celera Genomics.
39 Animação, 39 Vídeo, 39 Galeria, 39 Bio 41 Animação híbrida A prole de dois pais diferindo em pelo menos uma característica genética (traço). Além disso, DNA heteroduplex ou molécula de DNA-RNA.
5 Animação, 5 Bio 12 Animação, 12 Hibridização de problemas A ligação de hidrogênio de sequências de DNA e / ou RNA complementares para formar uma molécula duplex.
31 Animação, 31 Ligação de biohidrogênio Uma ligação relativamente fraca formada entre um átomo de hidrogênio (que está covalentemente ligado a um átomo de nitrogênio ou oxigênio) e um nitrogênio ou oxigênio com um par de elétrons não compartilhado.
19 Inserção de animação Uma mutação no DNA onde uma seção do DNA é inserida. Algumas inserções não têm efeito, enquanto outras podem ter um efeito drástico, dependendo de quanto DNA foi inserido e se a inserção foi em uma região do DNA que codifica uma proteína. insulina Um hormônio peptídico secretado pelas ilhotas de Langerhans do pâncreas que regula o nível de açúcar no sangue.
23 Animação, 23 Bio interferon Uma família de pequenas proteínas que estimulam a resistência viral nas células.
35 Animação íntron Seção de um gene que não contém instruções para a produção de uma proteína. Os íntrons separam os exons (as seções codificadoras de um gene) uns dos outros.
24 Animação, 24 Problema 26 Nocaute de animação Um gene que é impedido de funcionar em um organismo. Os "genes nocaute" podem ser usados ​​para estudar os efeitos desconhecidos de um determinado gene. Um "rato nocaute" é um rato que teve um ou mais genes "nocauteados". operon lac Um "operon" é o arranjo próximo de genes relacionados e sua regulação comum. O operon lac controla o transporte e o metabolismo da lactose nas bactérias e envolve a regulação positiva e negativa.
33 Animação, 33 Vídeo, 33 Bio, 33 Biblioteca de problemas Uma coleção de células, geralmente bactérias ou leveduras, que foram transformadas com vetores recombinantes carregando inserções de DNA de uma única espécie.
10 Animação 36 Animação 39 Animação ligação A frequência de co-herança de um par de genes e / ou marcadores genéticos, que fornece uma medida de sua proximidade física um do outro em um cromossomo.
11 Animação, 11 Biomapeamento Determinar a localização física de um gene ou marcador genético em um cromossomo.
11 Animação 24 Marcador de animação Usado para identificar células, indivíduos ou espécies, um marcador é um gene ou sequência de DNA com uma localização cromossômica conhecida. meiose O processo de redução da divisão pelo qual os gametas e esporos haplóides são formados, consistindo em uma única duplicação do material genético seguida por duas divisões mitóticas.
8 Animação, 8 Galeria, 8 Bio 11 Animação Regras de herança mendeliana que descrevem a herança de características, com base em padrões dominantes e recessivos de herança. A Primeira Lei de Mendel afirma que cada gameta recebe uma cópia de cada alelo parental. A Segunda Lei de Mendel afirma que os alelos são classificados independentemente uns dos outros durante a formação do gameta. RNA mensageiro (mRNA) Um tipo de RNA envolvido na produção de proteínas. O DNA é transcrito em mRNA, que é então traduzido em aminoácidos para formar proteínas.
21 Animação, 21 Galeria, 21 Bio 22 Animação, 22 Problema 24 Animação, 24 Galeria, 24 Vídeo, 24 Bio 31 Animação 39 Animação metáfase A fase durante o ciclo celular eucariótico quando os cromossomos condensados ​​se alinham no meio de uma célula em divisão antes da célula é separada em duas células-filhas. microarray (veja DNA array) mitose O processo de divisão celular durante o qual as células somáticas são feitas. Na mitose, uma célula se divide uniformemente para produzir duas células-filhas com o mesmo número de cromossomos.
7 Animação, 7 Bio, 7 Problema 8 Animação mitocôndria Uma organela que gera trifosfato de adenosina (ATP), a principal fonte de energia celular. As mitocôndrias também estão envolvidas na sinalização, diferenciação e controle do ciclo celular e têm seu próprio genoma independente, separado do DNA nuclear da célula. DNA mitocondrial As mitocôndrias têm seu próprio genoma independente, separado do DNA nuclear de uma célula (mtDNA). O genoma é geralmente circular, replica-se de forma independente e é composto principalmente por genes envolvidos na produção de trifosfato de adenosina (ATP), principal fonte de energia celular.
30 Animação, 30 Vídeo, 30 Organismo modelo com problemas Um organismo não humano, como levedura, mosca da fruta ou camundongo, usado para estudar fenômenos biológicos, como a genética. Organismos modelo compartilham muitos genes e processos bioquímicos e fisiológicos com humanos. mutação Uma mudança no código genético (os A's, C's, G's e T's) de um gene.
27 Animação, 27 Galeria, 27 Vídeo, 27 Bio 28 Animação 32 Animação Neurospora crassa (molde de pão) Um organismo modelo haplóide, mais conhecido por Beadle e Tatum para estudar vias metabólicas e propor a hipótese "um gene, uma enzima".
16 Animação, 16 Galeria de nitrocelulose Uma membrana usada para imobilizar DNA, RNA ou proteína, que pode então ser sondada com uma sequência marcada ou anticorpo.
36 Animação de bases nitrogenadas As purinas (adenina e guanina) e as pirimidinas (timina, citosina e uracila) que compreendem as moléculas de DNA e RNA.
15 Animação, 15 Problema 19 Animação nuclease Uma classe de enzimas que degrada as moléculas de DNA e / ou RNA por clivagem das ligações fosfodiéster que ligam os nucleotídeos adjacentes.
17 Animação, 17 Problema 25 Animação, 25 Problema nucleína Termo usado por Friedrich Miescher para descrever o material nuclear que ele descobriu em 1869, que hoje é conhecido como DNA.
15 Nucleotídeo de animação Um bloco de construção de DNA e RNA, consistindo de uma base nitrogenada, um açúcar de cinco carbonos e um grupo fosfato.
15 Animação 15 Problema 23 Animação, 23 Núcleo problemático A região ligada à membrana de uma célula eucariótica que contém os cromossomos.
7 Animação, 7 Problema 8 Animação, 8 Problema 30 Animação oncogene Um gene que contribui para a formação do câncer quando sofre mutação ou se expressa de forma inadequada.
40 Operador de animação Elemento regulador procariótico que interage com um repressor para controlar a transcrição de genes estruturais adjacentes.
33 Animação, 33 Problema P53 Uma proteína que atua como um "ponto de verificação" nas células, induzindo a interrupção do crescimento, reparo do DNA ou morte celular quando o DNA da célula é danificado. A maioria das células cancerosas tem mutações na proteína p53. pedigree Um diagrama que mapeia a história genética de uma família específica.
13 Animação, 13 Problema 14 Animação, 14 Problema fago (ver bacteriófago) fenótipo A expressão de uma característica com base na composição genética ou genótipo.
2 Animação 4 Animação 5 Animação, 5 Problema 10 Animação, 10 Problema 11 Animação, 11 Problema fosfato Um dos componentes do DNA, as ligações fosfodiéster formam a estrutura açúcar-fosfato. O trifosfato de adenosina (ATP) também é a principal fonte de energia celular.
15 Animação 23 Mapa físico de animação Um mapa que mostra as localizações físicas em uma molécula de DNA, como locais de restrição, RFLPs e locais com sequência marcada. plasmídeo Pedaços circulares de DNA com componentes bacterianos. Eles existem fora e são replicados junto com os cromossomos bacterianos. Pode haver várias cópias de plasmídeo em uma célula bacteriana. O DNA estranho pode ser adicionado a plasmídeos usando enzimas moleculares para "cortar" e "colar" o DNA.
33 Animação 34 Animação 39 Animação poliligante Uma curta sequência de DNA contendo vários locais de reconhecimento de enzimas de restrição que está contida em vetores de clonagem.
34 Problema polimerase Uma enzima que catalisa a adição de várias subunidades a uma molécula de substrato.
DNA: 20 Animações, 20 Vídeos
RNA: 21 Animação 33 Animação reação em cadeia da polimerase (PCR) Um procedimento que amplifica enzimaticamente uma sequência de DNA alvo de até vários milhares de pares de bases por meio da replicação repetida pela DNA polimerase.
39 Polinucleotídeo de animação Um polímero de DNA composto de vários nucleotídeos.
15 Animação, 15 Polipeptídeo problemático (proteína) Um polímero composto de várias unidades de aminoácidos ligadas por ligações peptídicas.
15 Iniciador de animação Um fragmento curto de DNA ou RNA emparelhado com o DNA de fita simples, a partir do qual a DNA polimerase estende uma nova fita de DNA para produzir uma molécula duplex.
23 Animação 39 Animação, 39 Problema 41 Animação, 41 Problema pró-insulina Um polipeptídeo precursor da pró-insulina, a partir do qual uma sequência de peptídeo sinal de 24 aminoácidos é responsável pela secreção extracelular.
34 Animação procarioto Um organismo cujas células não possuem um núcleo e outras vesículas delimitadas por membrana. Os procariontes incluem todos os membros do Reino Monera.
18 Promotor de animação Uma região de DNA que se estende 150-300 bp a montante do local de início da transcrição que contém locais de ligação para a RNA polimerase e várias proteínas que regulam a taxa de transcrição do gene adjacente.
33 Animação 37 Animação protease Uma enzima que cliva ligações peptídicas que ligam aminoácidos em moléculas de proteína.
17 Animação, 17 Problema 25 Animação, 25 Problema proteína Um polímero de aminoácidos ligados por ligações peptídicas e que pode ser composto de duas ou mais cadeias polipeptídicas.
15 Animação RNA (ácido ribonucléico) Um ácido orgânico composto de unidades nucleotídicas repetidas de adenina, guanina, citosina e uracila, cujos componentes da ribose estão ligados por ligações fosfodiéster.
21 Animação, 21 Problema 26 Animação, 26 Vídeo, 26 Problema 24 Animação, 24 Galeria, 24 Vídeo, 24 Problema 25 Animação, 25 Vídeo, 25 Problema sonda / etiqueta radioativa Um fragmento de DNA ou RNA usado para detectar sequências de nucleotídeos específicas usando o princípio da complementaridade do DNA. A sonda é "marcada" com um marcador molecular radioativo ou fluorescente para permitir a visualização.
18 Animação 20 Animação 21 Animação 23 Animação 25 Animação, 25 Quadro de leitura de problema Uma série de códons tripletos começando de um nucleotídeo específico. Dependendo de onde um começa, cada fita de DNA contém três diferentes quadros de leitura.
22 Animação, 22 Problema 27 Receptor de animação Uma molécula de proteína que se liga a um ou mais tipos específicos de moléculas de sinalização (ligantes), o que faz com que o receptor mude de forma (conformação). Isso pode causar uma perda ou ganho de atividade proteica e respostas celulares resultantes.
33 Animação 35 Animação, 35 Problema recessivo Um traço ou distúrbio genético recessivo se apresenta apenas quando duas cópias do gene são herdadas. Para um traço ou distúrbio dominante, uma cópia do gene é necessária para que o traço se desenvolva.
4 Animação, 4 Problema 5 Animação, 5 Problema 13 Animação, 13 Sequência de reconhecimento de problema (local) Uma sequência de nucleotídeos & mdash composta tipicamente de 4, 6 ou 8 nucleotídeos & mdash que é reconhecida por uma endonuclease de restrição. Enzimas do tipo II cortadas (e suas enzimas de modificação correspondentes metiladas) dentro ou muito perto do reconhecimento, consulte a sequência de reconhecimento (local)
24 Animação, 24 Problema 34 Animação, 34 Problema recombinação Um processo pelo qual uma seção de DNA (ou às vezes RNA) é quebrada e unida a outra seção de DNA, natural ou artificialmente, permitindo a variação genética. Um exemplo natural comum é o cruzamento cromossômico.
11 Animação, 11 Vídeo, 11 Problema 27 Animação 32 Repressor de animação Uma proteína de ligação ao DNA em procariotos que bloqueia a transcrição do gene ligando-se ao operador.
33 Animação, 33 Vídeo, 33 Problema de restrição endonuclease (enzima) Uma classe de endonucleases que cliva o DNA após reconhecer uma sequência específica.
24 Animação, 24 Vídeo, 24 Problema 34 Animação, 34 Problema 39 Animação Polimorfismo de comprimento de fragmento de restrição (RFLP) Diferenças na sequência de nucleotídeos entre alelos em um locus cromossômico resultam em fragmentos de restrição de comprimentos variados detectados por análise de Southern.
39 Mapa de restrição de animação Um mapa físico que mostra as localizações dos sítios de reconhecimento de enzimas de restrição.
24 Animação, 24 Problema 39 Animação retrovírus Um membro de uma classe de vírus de RNA que utiliza a enzima transcriptase reversa para reverter a cópia de seu genoma em um DNA intermediário, que se integra ao cromossomo da célula hospedeira. Muitos cânceres de ocorrência natural em animais vertebrados são causados ​​por retrovírus.
25 Animação, 25 Galeria, 25 Transcriptase reversa de vídeo (DNA polimerase dependente de RNA) Enzima isolada de células infectadas por retrovírus que sintetiza uma fita de DNA complementar (c) a partir de um modelo de RNA.
25 Animação, 25 Vídeo, 25 Problema 36 Animação 39 Animação ácido ribonucléico (RNA) Um ácido orgânico composto de unidades nucleotídicas repetidas de adenina, guanina, citosina e uracila, cujos componentes da ribose estão ligados por ligações fosfodiéster.
15 Animação, 21 Animação ribossomos Estrutura composta por proteínas e RNA que são os locais de produção de proteínas na célula. Os ribossomos decodificam o RNA mensageiro (mRNA) e reúnem os aminoácidos em proteínas com base no script do mRNA.
21 Animação 22 Animação Saccharomyces cerevisiae Levedura de cerveja
38 Animação 40 Marcador selecionável por animação Um gene cuja expressão permite identificar células que foram transformadas ou transfectadas com um vetor contendo o gene marcador.
18 Animação, 18 Problema 27 Animação 34 Animação, 34 Problema replicação semiconservativa Durante a duplicação do DNA, cada fita de uma molécula de DNA pai é um modelo para a síntese de sua nova fita complementar. Assim, metade de uma molécula de DNA preexistente é conservada durante cada rodada de replicação.
20 Animação, 20 Vídeo, 20 Cromossomo sexual problemático Os cromossomos sexuais nas células germinativas da maioria dos animais e de algumas plantas se combinam para determinar o sexo e as características relacionadas ao sexo de um indivíduo. Os cromossomos sexuais são geralmente designados X e Y, com as fêmeas sendo XX e os machos sendo XY nos mamíferos. sex linked Um padrão de herança quando um alelo está localizado em um cromossomo sexual e o fenótipo do alelo está, portanto, relacionado ao sexo do organismo. Como os humanos têm mais genes no cromossomo X do que no cromossomo Y, há mais doenças e traços humanos ligados ao X do que ao Y. transdução de sinal Os eventos bioquímicos que conduzem o sinal de um hormônio ou fator de crescimento do exterior da célula, através da membrana celular, e para o citoplasma. Isso envolve várias moléculas, incluindo receptores, proteínas G e segundos mensageiros.
35 Animação, 35 Problem splicing Processamento de RNA mensageiro (mRNA) após a transcrição para remover íntrons e juntar exons para permitir a tradução de mRNA em proteínas.
24 Animação, 24 Células-tronco problemáticas As células-tronco podem se diferenciar em uma variedade de células especializadas (elas são "pluripotentes"). As células-tronco embrionárias e adultas podem ser cultivadas artificialmente e têm potencial para serem usadas em terapias médicas.
41 Animação extremidades pegajosas Uma sequência de nucleotídeos de fita simples protuberante produzida quando uma endonuclease de restrição cliva fora do centro em sua sequência de reconhecimento.
34 Animação, 34 Códon de parada do problema Qualquer uma das três sequências de mRNA (UGA, UAG, UAA) que não codificam para um aminoácido e, portanto, sinalizam o fim da síntese protéica.
22 Animação, Problema 27 Hibridização subtrativa de animação Uma técnica poderosa para estudar a expressão gênica em tecidos ou tipos de células específicos em um estágio específico de desenvolvimento.
36 Animation, 36 Video suicide gene Genes que causam a morte celular de uma célula ("apoptose"). Esses genes podem ser ativados por meio de uma variedade de processos de sinalização, sendo a proteína p53 um "interruptor" comum.
38 Animação O superenrolamento do DNA é compactado firmemente dentro do núcleo, adicionando torções para criar a tensão estrutural que é então aliviada por estruturas superenroladas. O DNA primeiro envolve as histonas para formar uma fibra de 10 nm, então essa fibra é enrolada em uma fibra de 30 nm que é então enrolada sobre si mesma novamente.
29 Animação, 29 Galeria, 29 Vídeo, 29 Problema sobrenadante A fração líquida solúvel de uma amostra após centrifugação ou precipitação de sólidos insolúveis.
17 Animação 20 Animação 21 Animação 25 Animação, 25 Problema, 35 Modelo de animação Um RNA ou molécula de DNA de fita simples sobre a qual uma fita de nucleotídeo complementar é sintetizada.
20 Animação 21 Animação 22 Animação 23 Animação 24 Animação 25 Animação, 25 Bio 26 Animação 31 Animação códon de terminação (ver códon de parada) timina Uma das quatro bases que constituem o DNA, abreviada por "T" A timina é substituída por uracila no RNA.
15 Animação 19 Animação 20 Animação 21 Animação 22 Animação 23 Animação, 23 Problema 26 Animação 28 Transcrição do traço da animação (ver fenótipo) O processo pelo qual o DNA é copiado para o RNA mensageiro (mRNA) para a produção de proteínas.
21 RNA de transferência de animação (tRNA) Uma classe específica de moléculas de RNA que transportam animoácidos para os ribossomos para montagem em proteínas. Existe um tRNA específico para cada um dos 20 aminoácidos.
21 Animação, 21 Transformação de vídeo Em procariotos, a captação natural ou induzida e a expressão de uma sequência de DNA estranho - tipicamente um plasmídeo recombinante em sistemas experimentais. Em eucariotos superiores, a conversão de células cultivadas em um fenótipo maligno & mdash normalmente por meio de infecção por um vírus tumoral ou transfecção com um oncogene.
34 Animação, 34 Princípio de transformação do vídeo A hipótese, agora comprovada, de que as bactérias são capazes de transferir informação genética por transformação.
17 Animação transgênica Um organismo vertebrado no qual um gene de DNA estranho (um transgene) é incorporado de forma estável em seu genoma no início do desenvolvimento embrionário. O transgene está presente nas células somáticas e germinativas, é expresso em um ou mais tecidos e é herdado pela prole de forma mendeliana.
41 Tradução da animação Processo pelo qual o RNA mensageiro (mRNA) é usado e decodificado para produzir proteínas. Isso acontece nas fábricas de produção de proteínas da célula chamadas ribossomos.
21 Animação 22 Animação, 22 Vídeo, 22 Problema de translocação Quebra de um grande segmento de DNA de um cromossomo, seguido pela ligação do segmento a um cromossomo diferente.
29 Bio 32 Bio transposon (elemento genético transponível ou móvel). Um segmento de DNA relativamente pequeno que tem a capacidade de se mover de uma posição cromossômica para outra.
32 Animação, 32 Vídeo, 32 Bio, 32 Problema tripsina Enzima proteolítica que hidrolisa ligações peptídicas no lado carboxila dos aminoácidos arginina e lisina.
25 Animação, 25 Problema Ultrabithorax (Ubx) Um gene homeótico que atua no desenvolvimento dos segmentos torácicos T2 e T3 em Drosófila.
37 Animação uracila Encontrado no RNA, este derivado da pirimidina emparelha-se com a adenina e substitui a timina durante a transcrição do DNA.
21 Animação, 21 Problema 22 Animação, 22 Problema 26 Vetor de animação Uma molécula de DNA de replicação autônoma na qual fragmentos de DNA estranhos são inseridos e então propagados em uma célula hospedeira.
41 Animação, 41 Vírus problemático (ver também retrovírus) Uma partícula infecciosa composta de uma cápsula de proteína e um núcleo de ácido nucleico, que depende de um organismo hospedeiro para replicação.
18 Animação 25 Animação, 25 Galeria, 25 Bio 27 Animação 24 Bio


Assista o vídeo: 01d Language and genes (Agosto 2022).