Informatie

DNA-aanpassing in het menselijk leven

DNA-aanpassing in het menselijk leven


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Past ons DNA zich aan door het menselijk leven? Of hebben we dezelfde genetische informatie van geboorte tot dood? Ik bedoel: wat gewoonlijk "evolutie" wordt genoemd, betekent "natuurlijke selectie" zoals dit: http://www.youtube.com/watch?v=hOfRN0KihOU&list=UUsXVk37bltHxD1rDPwtNM8Q -sterkere dieren hebben meer nakomelingen, dus maken ze een groter percentage sterke dieren . Maar werkt evolutie ook door een of andere primitieve genetica-engineering? Bedankt.


Lewontins recept

Een heel mooie manier om natuurlijke selectie te beschouwen is door de lens van Lewontins recept. Evolutie van een bepaalde eigenschap (bijvoorbeeld staartlengte) door natuurlijke selectie vindt plaats wanneer aan de drie volgende voorwaarden wordt voldaan:

  1. Er is variatie voor deze eigenschap in de populatie
    • Deze variatie wordt veroorzaakt door mutaties
  2. Een deel (of het geheel) van deze variatie is erfelijk
    • Erfelijkheid is het deel van de variantie in een eigenschap dat wordt verklaard door genen. Het kan worden gemeten als een ouder-nakomelingcorrelatie.
  3. De variatie van deze eigenschap is gecorreleerd met fitness
    • losjes gesproken, fitness is een index van zowel vruchtbaarheid als overleving

Je kunt twee minuten de tijd nemen om na te denken over hoe logisch het is dat variaties in frequentie van varianten (natuurlijke selectie) optreden wanneer aan deze drie voorwaarden wordt voldaan. U kunt zich alle gewenste objecten voorstellen (bijvoorbeeld kleurpotloden) en deze drie stappen simuleren:

  1. Variatie
    • verschillende potloden hebben verschillende kleuren
  2. erfelijkheid
    • simuleren dat uw potloden reproduceren (aseksuele reproductie is conceptueel gemakkelijker te begrijpen) en nakomelingen hebben een vergelijkbare (of zelfs dezelfde) kleur dan de ouders
  3. Correlatie tussen eigenschap en fitness
    • Potloden van verschillende kleuren hebben verschillende fitness.
    • Elke rode potloden creëert bijvoorbeeld twee rode potloden van de volgende generatie, terwijl blauwe potloden er helemaal niet in slagen om te repliceren.

U kunt snel zien hoe de rode potloden in de loop van de tijd vaker voorkomen in uw potloodpopulatie. Als je lang genoeg wacht, zal je potloodpopulatie volledig uit rode potloden bestaan. En je moet een mutatie simuleren om een ​​blauw potlood te maken. Ik denk dat je met dit voorbeeld begrijpt hoe verschillend de rollen zijn van mutaties en natuurlijke selectie in evolutie.


Genetische aanpassing tijdens het leven van een meercellig organisme

Voor een beginner in de evolutionaire biologie kan het bevredigend zijn om te zeggen dat het genoom van een meercellig individu tijdens zijn leven niet verandert. In werkelijkheid is het iets ingewikkelder. Er moet rekening worden gehouden met twee elementen die meestal zeer vroeg in het leven van een persoon van invloed zijn.

  1. Hoewel de meeste mutaties optreden tijdens reproductie, treden sommige mutaties ook op tijdens lichaamsgroei of anders vermeld tijdens celreproductie (mitose). Als gevolg daarvan delen sommige paren van uw cellen precies hetzelfde genoom, terwijl andere paren cellen een iets ander genoom hebben.

  2. Bovendien, als er eenmaal mutaties zijn opgetreden in de ontwikkeling van een individu, kunnen deze mutaties de fitheid van de cellen beïnvloeden en daarom kunnen sommige allelen (variant van een gen) in frequentie toenemen, terwijl andere in frequentie afnemen (natuurlijke selectie). Het is belangrijk om te begrijpen dat dit proces van natuurlijke selectie selecteert op cellen met een hogere fitheid en daarom niet noodzakelijkerwijs op de cellen selecteert die het individu in staat stellen zijn eigen fitheid te vergroten.


Ik begrijp niet helemaal wat je bedoelt als je zegt: "Maar werkt evolutie ook door een of andere primitieve genetica-engineering?" Kun je proberen deze vraag opnieuw te formuleren?

Laat het me weten als ik je vraag heb beantwoord!


Opmerking:

Hier is een goede manier om het verschil tussen "gen" en "allel" te begrijpen. Een gen kan bijvoorbeeld het "ogenkleur" -gen worden genoemd, terwijl de drie allelen van het "ogenkleur" -gen "blauwe ogen", "bruine ogen" en "groene ogen" kunnen worden genoemd. In die zin zijn de allelen de verschillende varianten van een gen. Mutaties verhogen het aantal allelen en natuurlijke selectie vermindert het aantal allelen door te selecteren op het allel dat ervoor zorgt dat de houder de grootste fitheid heeft. Als je dat begreep, is het al goed!

Opmerking: Natuurlijke selectie vermindert niet noodzakelijk het aantal allelen, er kunnen meerdere allelen behouden blijven (polymorfisme) in bepaalde "types" van natuurlijke selectie (frequentieafhankelijke selectie en overdominantie (heterozygoot voordeel), fitness varieert in ruimte en/of tijd, selectie werkt op verschillende niveaus). Het "type" van natuurlijke selectie dat het aantal allelen na enige tijd vermindert, wordt directionele selectie genoemd.


Het concept dat de omgeving direct veranderingen DNA en het veranderen van de eigenschappen van het nageslacht valt onder de noemer lamarkisme. In de context van DNA zou de Lamarkiaanse opvatting zijn dat de giraf zijn lange nek kreeg door zijn nekcellen uit te rekken tot aan hoge bomen voor bladeren, die vervolgens (op de een of andere manier) het DNA in zijn gameten veranderden en zo nakomelingen produceerden met langere nekken. Er is geen overtuigend bewijs voor Lamarkisme en Het mooie antwoord van Remi.b beschrijft DNA en evolutie/selectie/aanpassing in zijn standaardvorm en hoe giraffen dergelijke kenmerken zouden ontwikkelen.

OP vroeg aanvankelijk 'past ons DNA zich aan tijdens ons leven'. Bepaalde delen van het DNA in elk van onze immuun-T-cellen en B-cellen veranderen (recombineren) om te coderen voor specifieke eiwitmoleculen die aan antigenen binden. Dit zijn de genen voor de T-celreceptor in T-cellen en antistoffen in het geval van B-cellen. Het DNA in een T-cel of B-cel is dus anders dan in andere cellen in het lichaam, inclusief de gameten. Deze gebieden met veranderd DNA helpen ons infecties te bestrijden.

U kunt zich gemakkelijk voorstellen dat het vermogen van een individu om infecties te bestrijden van invloed kan zijn op de vraag of ze kunnen overleven tot de reproductieve leeftijd. Genen die betrokken zijn bij de werking van het immuunsysteem kunnen worden geselecteerd tijdens dodelijke epidemieën. En paradoxaal genoeg kunnen sommige genen die verantwoordelijk zijn voor slopende of dodelijke ziekten in de menselijke samenleving voortduren vanwege hun beschermende effect tegen andere ziekten.

Voor de volledigheid zijn er ook enkele opkomende gegevens dat neuronen enkele veranderingen in hun DNA hebben, maar het is niet duidelijk wat dat betekent en of het van functionele betekenis is. Tenzij soortgelijke soorten veranderingen worden aangebracht in gameten, zal DNA dat door dit mechanisme is veranderd, niet worden doorgegeven aan nakomelingen.

Ten slotte kan DNA in cellen worden gewijzigd door een proces genaamd epigenetica. Epi- betekent 'rond'. In de epigenetica worden verschillende delen van de DNA-streng (en sommige verwante eiwitten die het DNA opgerold houden, histonen genoemd) chemisch gemodificeerd door een reeks enzymen. Epigenetica beïnvloedt hoe bepaalde genen worden in- en uitgeschakeld en is misschien het best bekend voor het inactiveren van een van de twee X-chromosomen in vrouwelijke cellen. Bij epigenetische modificaties blijft de DNA-sequentie hetzelfde, maar de epigenetische 'versieringen' rond het DNA kunnen variëren en dit proces kan worden beïnvloed door de celomgeving.


Effect van stress op de menselijke biologie: epigenetica, aanpassing, overerving en sociale betekenis

Ik presenteer een korte inleiding tot epigenetica, voornamelijk gericht op methylering van het genoom en verschillende regulerende RNA's, modificaties van geassocieerde histonen en hun belang om ons in staat te stellen ons aan te passen aan echte en veranderende omgevings-, ontwikkelings- en sociale omstandigheden. Hierna volgt een uitgebreider overzicht van hoe het onze erfenis beïnvloedt, ons hele leven (dat verandert naarmate we ouder worden) en hoe we omgaan met anderen. Overal benadruk ik de kritische invloed die stress, van vele variëteiten, via epigenetische middelen uitoefent op veel van hoe we leven en overleven, meestal in de hersenen. Ik eindig met een korte paragraaf over overdracht van meerdere generaties, drugs en het belang van zowel het sociale leven als ervaringen in het vroege leven bij de ontwikkeling van ziekten bij volwassenen. Er zal niets zijn over kanker. Hoewel epigenetica op dat gebied van cruciaal belang is, is het een heel ander spinnenweb van complicaties (sommige met stress).

trefwoorden: drugs vroege leven ervaringen epigenetica sociale leven stress.


Menselijke genetische aanpassingen en menselijke variatie

Huidskleur

Klik op deze link om een ​​fantastische video te bekijken waarin het samenspel van huidskleur, UV en vitamine D wordt uitgelegd.

Lichaamsgrootte en vorm

Er zijn twee ecologische regels, bekend als de regel van Bergmann en de regel van Allen, die de variatie in grootte en vorm van lichamen en ledematen verklaren met behulp van breedtegraad en temperatuur.

De regel van Bergmann: Warmbloedige dieren hebben de neiging om een ​​toenemende lichaamsgrootte te hebben met toenemende breedtegraad (richting de polen) en afnemende gemiddelde temperaturen.

Allen's regel: Een uitvloeisel van de regel van Bergmann die van toepassing is op aanhangsels. Warmbloedige dieren hebben over het algemeen kortere ledematen met toenemende breedtegraad en afnemende gemiddelde temperaturen.

Wanneer organismen compacter zijn, hebben ze de neiging om warmte vast te houden (vanwege een hoge massa:oppervlakteverhouding). Wanneer organismen meer lineair zijn, hebben ze de neiging meer warmte te verliezen (vanwege een lage massa:oppervlakteverhouding).

Dit is toegepast op mensen. Het idee is dat populaties in de richting van de pool meestal korter zijn en kortere ledematen hebben dan mensen op de evenaar.

Het Inuit-volk van Canada (hierboven afgebeeld) is bijvoorbeeld meestal korter dan het Maasai-volk in Kenia (hieronder afgebeeld):


De menselijke evolutie vindt nog steeds plaats - mogelijk sneller dan ooit

Ja, we zijn nog volop in ontwikkeling. Krediet: watchara/Shutterstock

Het vermogen van de moderne geneeskunde om ons in leven te houden, maakt het verleidelijk om te denken dat de menselijke evolutie is gestopt. Betere gezondheidszorg verstoort een belangrijke drijvende kracht achter de evolutie door sommige mensen langer in leven te houden, waardoor ze meer kans hebben om hun genen door te geven. Maar als we kijken naar de snelheid van de evolutie van ons DNA, kunnen we zien dat de menselijke evolutie niet is gestopt – het kan zelfs sneller gaan dan voorheen.

Evolutie is een geleidelijke verandering in het DNA van een soort gedurende vele generaties. Het kan optreden door natuurlijke selectie, wanneer bepaalde eigenschappen die door genetische mutaties zijn gecreëerd, een organisme helpen te overleven of zich voort te planten. Het is dus waarschijnlijker dat dergelijke mutaties worden doorgegeven aan de volgende generatie, waardoor ze in frequentie toenemen in een populatie. Geleidelijk aan komen deze mutaties en de bijbehorende eigenschappen vaker voor bij de hele groep.

Door naar wereldwijde studies van ons DNA te kijken, kunnen we bewijs zien dat natuurlijke selectie recentelijk veranderingen heeft aangebracht en dat nog steeds doet. Hoewel de moderne gezondheidszorg ons bevrijdt van vele doodsoorzaken, blijft de bevolking in landen zonder toegang tot goede gezondheidszorg evolueren. Overlevenden van uitbraken van besmettelijke ziekten stimuleren natuurlijke selectie door hun genetische weerstand aan nakomelingen te geven. Ons DNA toont bewijs voor recente selectie op resistentie van dodelijke ziekten zoals lassakoorts en malaria. Selectie als reactie op malaria is nog steeds aan de gang in regio's waar de ziekte veel voorkomt.

Ook de mens past zich aan zijn omgeving aan. Mutaties waardoor mensen op grote hoogte kunnen leven, komen vaker voor in populaties in Tibet, Ethiopië en de Andes. De verspreiding van genetische mutaties in Tibet is mogelijk de snelste evolutionaire verandering bij de mens, die de afgelopen 3000 jaar heeft plaatsgevonden. Deze snelle toename van de frequentie van een gemuteerd gen dat het zuurstofgehalte in het bloed verhoogt, geeft de lokale bevolking een overlevingsvoordeel op grotere hoogten, wat resulteert in meer overlevende kinderen.

Dieet is een andere bron voor aanpassingen. Bewijs van Inuit-DNA toont een recente aanpassing waardoor ze kunnen gedijen op hun vetrijke dieet van Arctische zoogdieren. Studies tonen ook aan dat natuurlijke selectie die een mutatie bevordert waardoor volwassenen lactase kunnen produceren - het enzym dat melksuikers afbreekt - de reden is waarom sommige groepen mensen melk kunnen verteren na het spenen. Meer dan 80% van de Noordwest-Europeanen kan dat, maar in delen van Oost-Azië, waar melk veel minder vaak wordt gedronken, is het onvermogen om lactose te verteren de norm. Net als aanpassing op grote hoogte, is de selectie om melk te verteren meer dan eens bij mensen geëvolueerd en is misschien wel de sterkste soort recente selectie.

Misschien passen we ons ook aan aan ongezonde voeding. Een studie van genetische veranderingen in de familie in de VS in de 20e eeuw vond selectie voor verlaagde bloeddruk en cholesterolniveaus, die beide dodelijk kunnen worden verhoogd door moderne diëten.

Maar ondanks deze veranderingen beïnvloedt natuurlijke selectie slechts ongeveer 8% van ons genoom. Volgens de neutrale evolutietheorie kunnen mutaties in de rest van het genoom bij toeval de frequentie in populaties veranderen. Als natuurlijke selectie verzwakt is, worden mutaties die het normaal gesproken zou verwijderen niet zo efficiënt verwijderd, wat hun frequentie zou kunnen verhogen en dus de snelheid van evolutie zou verhogen.

Evolutie verklaart waarom we nog steeds melk kunnen drinken. Krediet: Valerii__Dex/Shutterstock

Maar neutrale evolutie kan niet verklaren waarom sommige genen veel sneller evolueren dan andere. We meten de snelheid van genevolutie door menselijk DNA te vergelijken met dat van andere soorten, waardoor we ook kunnen bepalen welke genen alleen bij mensen snel evolueren. Een snel evoluerend gen is Human Accelerated Region 1 (HAR1), dat nodig is tijdens de ontwikkeling van de hersenen. Een willekeurig stukje menselijk DNA is gemiddeld meer dan 98% identiek aan de chimpansee-vergelijker, maar HAR1 evolueert zo snel dat het slechts ongeveer 85% vergelijkbaar is.

Hoewel wetenschappers kunnen zien dat deze veranderingen plaatsvinden - en hoe snel - begrijpen we nog steeds niet helemaal waarom snelle evolutie plaatsvindt bij sommige genen en niet bij andere. Oorspronkelijk werd gedacht dat dit uitsluitend het resultaat was van natuurlijke selectie, maar we weten nu dat dit niet altijd waar is.

De laatste tijd is de aandacht gericht op het proces van vooringenomen genconversie, dat optreedt wanneer ons DNA wordt doorgegeven via ons sperma en onze eieren. Het maken van deze geslachtscellen omvat het breken van DNA-moleculen, ze opnieuw combineren en vervolgens de breuk herstellen. Moleculaire reparaties hebben echter de neiging om op een bevooroordeelde manier te gebeuren.

DNA-moleculen worden gemaakt met vier verschillende chemische basen die bekend staan ​​als C, G, A en T. Het reparatieproces geeft er de voorkeur aan fixes te maken met behulp van C- en G-basen in plaats van A of T. Hoewel onduidelijk waarom deze bias bestaat, heeft het de neiging om G en C vaker voor te komen.

Verhogingen van G en C op de reguliere reparatielocaties van DNA veroorzaken een ultrasnelle evolutie van delen van ons genoom, een proces dat gemakkelijk wordt aangezien voor natuurlijke selectie, omdat beide snelle DNA-veranderingen veroorzaken op zeer gelokaliseerde locaties. Ongeveer een vijfde van onze snelst evoluerende genen, waaronder HAR1, is door dit proces aangetast. Als de GC-veranderingen schadelijk zijn, zou natuurlijke selectie zich daar normaal gesproken tegen verzetten. Maar met een verzwakte selectie zou dit proces grotendeels ongecontroleerd kunnen verlopen en zelfs de evolutie van ons DNA kunnen versnellen.

De menselijke mutatiesnelheid zelf kan ook veranderen. De belangrijkste bron van mutaties in het menselijk DNA is het celdelingsproces dat zaadcellen creëert. Hoe ouder mannen worden, hoe meer mutaties er in hun sperma plaatsvinden. Dus als hun bijdrage aan de genenpool verandert – bijvoorbeeld als mannen het krijgen van kinderen uitstellen – verandert de mutatiesnelheid ook. Dit bepaalt de snelheid van neutrale evolutie.

Het besef dat evolutie niet alleen door natuurlijke selectie gebeurt, maakt duidelijk dat het proces waarschijnlijk nooit zal stoppen. Door onze genomen te bevrijden van de druk van natuurlijke selectie, worden ze alleen maar opengesteld voor andere evolutionaire processen - waardoor het nog moeilijker wordt om te voorspellen hoe toekomstige mensen eruit zullen zien. Het is echter heel goed mogelijk dat met de bescherming van de moderne geneeskunde, er meer genetische problemen in petto zullen zijn voor toekomstige generaties.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.


3. Huidige onderzoeksvoortgang

Recombinant-DNA-technologie is een snelgroeiend veld en onderzoekers over de hele wereld ontwikkelen nieuwe benaderingen, apparaten en technische producten voor toepassing in verschillende sectoren, waaronder landbouw, gezondheid en milieu. Zo is Lispro (Humalog), in vergelijking met gewone humane insuline, een goed effectieve en snelwerkende recombinante insuline [3]. Evenzo is epoëtine alfa een nieuw en algemeen erkend recombinant eiwit dat effectief kan worden gebruikt bij het genezen van bloedarmoede [22]. Recombinant hGH werd gevonden met een grote verbetering bij de behandeling van kinderen die niet in staat waren om hGH in een vereiste hoeveelheid te produceren. Klinische testgoedkeuring door de FDA in december 1997 voor een recombinante versie van de cytokine myeloid progenitor inhibitory factor-1 (MPIF-1) was een prestatie om erkenning te geven aan deze technologie. Met zijn hulp kunnen de bijwerkingen van kankermedicijnen worden verminderd, terwijl het de deling van immunologisch belangrijke cellen kan nabootsen [23, 24]. De volgende sectie vat de meest recente ontwikkelingen van de recombinant-DNA-technologie samen.

Clustered, regular interspaced short palindromic repeats (CRISPR), een recentere ontwikkeling van recombinant-DNA-technologie, heeft oplossingen opgeleverd voor verschillende problemen bij verschillende soorten. Dit systeem kan worden gebruikt om de vernietiging van genen in menselijke cellen aan te pakken. Activering, onderdrukking, toevoeging en verwijdering van genen in menselijke cellen, muizen, ratten, zebravissen, bacteriën, fruitvliegen, gist, nematoden en gewassen bewezen de techniek veelbelovend. Muismodellen kunnen worden beheerd voor het bestuderen van menselijke ziekten met CRISPR, waarbij individuele genenstudie veel sneller gaat en de geneninteractiestudies gemakkelijk worden door meerdere genen in cellen te veranderen [25]. De CRISPR van H. hispanica genoom is in staat om zich zeer efficiënt aan te passen aan de niet-lytische virussen. Het bijbehorende Cas-operon codeert voor de interfererende Cas3-nucleasen en andere Cas-eiwitten. De engineering van een stam is vereist met het primen van CRISPR voor het primen van de productie van crRNA's en de acceptatie van nieuwe spacers. Het CRISPR-cas-systeem moet nieuwe spacers in zijn locus integreren voor het genereren van adaptieve immuniteit [26]. Herkenning van vreemd DNA/RNA en de splitsing ervan is een gecontroleerd proces op sequentiespecifieke wijze. Informatie met betrekking tot het genetische materiaal van de indringer wordt door het gastheersysteem opgeslagen met behulp van foto-spacer-opname in het CRISPR-systeem [27]. Cas9t (tool voor het bewerken van genen) vertegenwoordigt DNA-endonucleasen die RNA-moleculen gebruiken om een ​​specifiek doelwit te herkennen [28]. Klasse 2 CRISPR-Cas-systeem met enkele eiwiteffectoren kan worden gebruikt voor genoombewerkingsprocessen. Dead Cas9 is belangrijk voor de rekrutering van histonmodificerende enzymen, transcriptionele repressie, lokalisatie van fluorescerende eiwitlabels en transcriptionele activering [29]. Het richten van genen die betrokken zijn bij het isolatieproces van homozygote gen-knockouts wordt uitgevoerd door CRISPR-geïnduceerde mutaties. Op deze manier kunnen essentiële genen worden geanalyseerd die op hun beurt kunnen worden gebruikt voor exploratie van mogelijke antischimmeldoelen [30]. Natuurlijke CRISPR-cas-immuniteitsexploitatie is gebruikt voor het genereren van stammen die resistent zijn tegen verschillende soorten ontwrichtende virussen [31].

CRISPR-Cas, het enige adaptieve immuunsysteem in prokaryoten, bevat een genomische locus die bekend staat als CRISPR met korte repetitieve elementen en spacers (unieke sequenties). CRISPR-array wordt voorafgegaan door AT-rijke leidersequentie en geflankeerd door cas-genen die coderen voor Cas-eiwitten [32, 33]. In Escherichia coli cas1- en cas2-katalasen bevorderen nieuwe spacers door complexvorming. Photo-spacer aangrenzende motief (PAM) is vereist voor interferentie en acquisitie omdat de selectie van de doelsequentie niet willekeurig is. Het onthouden van de sequentie van de indringer begint na transcriptie van de CRISPR-array in lange voorloper-crRNA. Tijdens de laatste stadia van het immuniteitsproces wordt het doelwit afgebroken door interferentie met binnengedrongen nucleïnezuren. Specifieke herkenning voorkomt dat het systeem zichzelf richt [32, 34]. In verschillende soorten Sulfolobus, bevatten de CRISPR-loci meerdere spacers waarvan de sequentie significant overeenkomt met conjugatieve plasmiden, terwijl in sommige gevallen de conjugatieve plasmiden ook kleine CRISPR-loci bevatten. Spacer-acquisitie wordt beïnvloed door actieve virale DNA-replicatie in Sulfolobus soorten, terwijl het DNA de vorming verbreekt bij replicatievorken waardoor het proces wordt gestimuleerd [35]. Volgens de bovenstaande informatie heeft het CRISPR-Cas-systeem een ​​unieke positie verworven in geavanceerde biologische systemen vanwege zijn enorme rol in de stabiliteit en verbetering van de immuniteit.

Zinkvinger-nucleasen (ZFN's) en transcriptie-activator-achtige effector-nucleasen (TALEN's) zijn chimere nucleasen die zijn samengesteld uit programmeerbare, sequentiespecifieke DNA-bindende modules die zijn gekoppeld aan een niet-specifiek DNA-splitsingsdomein. Het therapeutische potentieel van ZFN's en TALEN's is meer gespecificeerd en gericht [25, 36, 37]. Evenzo is recombinante eiwitfibroblastgroeifactor (FGF-1) ontwikkeld die functioneert bij het induceren van de vorming van nieuwe bloedvaten in het myocardium. De injectie (biologische bypass) in een menselijk myocardium veroorzaakt een verhoogde bloedtoevoer naar het hart. Apligraf, een door de FDA goedgekeurd product, dat dient als een recombinante huidvervanger, gespecificeerd voor de behandeling van beenulcera en DermaGraft, is effectief bij de behandeling van diabetische ulcera [38�]. Na succesvolle productie van insuline uit E coli door middel van recombinant-DNA-technologie zijn momenteel verschillende dieren, met name runderen en varkens, geselecteerd als insulineproducerende bron, die echter immuunresponsen teweegbrachten. De recombinante humane insuline is identiek aan humane varkensinsuline en wekt relatief zelden immunogene reacties op. Bovendien is het betaalbaarder en kan het gemakkelijker aan medische behoeften voldoen. Menselijk groeihormoon was het eerste eiwit dat tot expressie werd gebracht in tabaksplanten [41, 42]. Naast insuline hebben verschillende nieuwe geneesmiddelen met betrekking tot recombinant-DNA-technologie ontwikkelingsverbeteringen ondergaan en zijn er een aantal eiwitproductiesystemen ontwikkeld. Er zijn verschillende gemanipuleerde microbiële stammen ontwikkeld om de formulering van geneesmiddelen uit te voeren [41, 43, 44]. De vorming van moleculaire geneeskunde die specifiek op eiwitten is gebaseerd, wordt geconfronteerd met ernstige problemen, waaronder methoden en biologie van de cellen die functioneren om medisch belangrijke verbindingen te produceren door middel van recombinant-DNA-technieken. Om deze obstakels te overwinnen, is er een grote behoefte om de kwaliteit en kwantiteit van geneesmiddelen te verbeteren op basis van een moleculair fenomeen. Celfabrieken worden belangrijk geacht in recombinant-DNA-technologieën, maar deze moesten met meer details en diepgaander worden onderzocht omdat de conventionele fabrieken niet aan de behoeften voldoen [42]. Evenzo werden de endotheliale groeifactor en Notch-signalering gebruikt om oncolytisch adenovirus te construeren dat werkt als een borstkankerselectief middel voor de expressie van de antagonist. Dit verder, door middel van verstoring van de angiogenese van de tumor, werkt als een middel tegen kanker. Dit vermindert het totale aantal bloedvaten en veroorzaakt een dramatische verandering samen met de geperfuseerde bloedvaten, wat wijst op de verbeterde werkzaamheid tegen de tumor en vasculaire effecten [13]. Er zijn pogingen gedaan om het genoom van het influenzavirus te modificeren met behulp van recombinant-DNA-technologie voor de ontwikkeling van vaccins. De modificaties zijn gebaseerd op het manipuleren van vectoren om vreemde genen tot expressie te brengen. In de praktijk werd het NS-gen van het influenzavirus vervangen door een vreemd gen, gewoonlijk het chlooramfenicol-acetyltransferase-gen. Daarna wordt het eerder gerecombineerde RNA tot expressie gebracht en verpakt in virusdeeltjes na transfectie met gezuiverd influenza A-virus in aanwezigheid van helpervirus. Er is verduidelijkt dat de 5′ terminale en de 3′ terminale basen voldoende zijn van het RNA van het influenza A-virus om signalen te produceren voor RNA-replicatie, RNA-transcriptie en RNA-verpakking in het influenzavirus [15].

De bovengenoemde nieuwe productiesystemen verbeteren de pijpleidingen voor de ontwikkeling van verschillende vaccins en medicijnen, enzovoort. De productie van hoogwaardige eiwitten hangt af van de fysiologie van een cel en de voorwaarden die eraan worden geboden. De expressie van eiwitten wordt vertraagd als een cel onder stressvolle omstandigheden gaat, wat in sommige gevallen ook de productie kan bevorderen. Er zijn dus verdere verbeteringen nodig voor een betere en veilige productie op genetisch en metabolisch niveau. Micro-organismen worden beschouwd als de meest geschikte gastheren om moleculaire medicijnen te produceren. Deze cellen maken de opname van vreemde genen met minder resistente barrières mogelijk en expressie wordt gemakkelijk gecontroleerd. Vergeleken met planten- en zoogdiercellen die als gastheer dienen te worden gebruikt, bieden microbiële systemen minder gecompliceerde machines die uiteindelijk de prestaties en kwaliteit van de eiwitproductie verbeteren. Het gebruik van veel voorkomende microbiële soorten, waaronder bacteriën en gisten, is veelbelovend, maar de minder voorkomende stammen zijn ook veelbelovend waargenomen als cellulaire fabrieken om recombinante moleculaire geneesmiddelen te produceren. Aan de toenemende vraag naar geneesmiddelen en de kwaliteitseisen kan met betere resultaten worden voldaan als deze cellulaire fabrieken van micro-organismen worden opgenomen in productieprocessen van geneesmiddelen (tabel 1) [41, 45, 46].

Tafel 1

Huidige DNA-assemblagemethoden voor de synthese van grote DNA-moleculen. De tabel is overgenomen uit Nature reviews 14: 781�, met toestemming van Nature Publishing Group.

MethodeMechanismeOverhang (bp)Litteken (bp)OpmerkingenVoorbeelden van toepassingen
BioBricksType IIP-restrictie endonuclease88Stelt sequentieel kleine aantallen sequenties samenConstructie van een functioneel gen dat versterkt cyaan fluorescerend eiwit tot expressie brengt
BglBricksType IIP-restrictie endonuclease66Gebruikt een zeer efficiënte en veelgebruikte restrictie-endonuclease, waarvan de herkenningssequenties niet worden geblokkeerd door de meest voorkomende DNA-methylasenConstructie van constitutief actieve genexpressie-apparaten en chimere, multidomein eiwitfusies
Paarsgewijze selectieType IIS restrictie endonuclease654Vereist gehechtheidstags aan elk uiteinde van fragmenten om snel te fungeren als promotors voor markers voor antibioticaresistentie, omdat een vloeibaar kweeksysteem wordt gebruiktAssemblage van een 91 kb fragment uit 1-2 kb fragmenten
Gouden PoortType IIS restrictie endonuclease40Hiermee kunnen grootschalige assemblage-ligaties worden uitgevoerd in parallelle eenstapsassemblage van 2-3 fragmentenMontage in één stap van 2-3 fragmenten
Overlappende PCROverlappen00Gebruikt overlappende primers voor de PCR-amplificatie van 1𠄳 kb-lange fragmentenMeestal gebruikt voor 1𠄳 kb-lange fragmenten, bijvoorbeeld voor de constructie van gencassettes
CPECOverlappen20�0Gebruikt een enkele polymerase voor de assemblage van meerdere inserts in elke vector in een eenstapsreactie in vitroAssemblage in één stap van vier PCR-fragmenten van 0,17𠄳.2 kb
poortOverlappen200Gebruikt een specifieke recombinase voor kleinschalige montageMontage in één stap van drie 0,8𠄲.3 kb-lange fragmenten
GEBRUIKEROverlappenTot 7080Vervangt een thymidine door een uracil in de PCR-primers, waardoor 3′ overhangen voor klonering achterblijven na splitsing door een uracil-exonucleaseMontage in één stap van drie 0,6𠄱.5 kb-lange fragmenten
InFusionOverlappen150Gebruikt een enzymmix voor parallelle assemblage via een 'chew-back-and-anneal'-methodeMontage in één stap van drie 0,2𠄳.8 kb-lange fragmenten
SLICOverlappen0(i) Gebruikt een T4-DNA-polymerase via een terugkauwmethode in afwezigheid van dNTP's
(ii) Gebruikt Recombinase A om de geannealde fragmenten te stabiliseren en in vitro ligatie te vermijden
(iii) Maakt de parallelle assemblage van enkele honderden base-lange fragmenten mogelijk
Genereren van een tienvoudige assemblage van 300�𠂛p lange PCR-fragmenten
GibsonOverlappen40�0Gebruikt enzymatische 𠇌ocktails” om terug te kauwen en te gloeien voor de parallelle assemblage van verschillende kilobase-lange fragmentenMontage van de 1.08 Mb Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0-genoom

Tibetanen hebben het hooggelegen gen geërfd van een oude mens

Een "superatleet"-gen dat sherpa's en andere Tibetanen helpt om op grote hoogte gemakkelijk te ademen, werd geërfd van een oude mensensoort. Dat is de conclusie van een nieuwe studie, waaruit blijkt dat de genvariant afkomstig was van mensen die bekend staan ​​als Denisovans, die uitstierven kort nadat ze ongeveer 40.000 jaar geleden met de voorouders van Europeanen en Aziaten hadden gepaard. Dit is de eerste keer dat is aangetoond dat een versie van een gen, verkregen door kruising met een ander type mens, moderne mensen helpt zich aan te passen aan hun omgeving.

Onderzoekers hebben zich lang afgevraagd hoe Tibetanen leven en werken op hoogtes boven de 4000 meter, waar de beperkte toevoer van zuurstof de meeste mensen ziek maakt. Andere mensen op grote hoogte, zoals de Andes-hooglanders, hebben zich aangepast aan zulke ijle lucht door meer zuurstofdragende hemoglobine aan hun bloed toe te voegen. Maar Tibetanen hebben zich aangepast door te hebben minder hemoglobine in hun bloed Wetenschappers denken dat deze eigenschap hen helpt ernstige problemen te voorkomen, zoals stolsels en beroertes die worden veroorzaakt wanneer het bloed dikker wordt met meer met hemoglobine beladen rode bloedcellen.

Onderzoekers ontdekten in 2010 dat Tibetanen verschillende genen hebben die hen helpen kleinere hoeveelheden zuurstof efficiënt te gebruiken, waardoor ze voldoende zuurstof aan hun ledematen kunnen leveren tijdens het sporten op grote hoogte. Het meest opvallend is een versie van een gen genaamd EPAS1, dat de aanmaak van hemoglobine door het lichaam regelt. Ze waren echter verrast door hoe snel de variant van EPAS1 zich verspreidde - aanvankelijk dachten ze dat het zich in 3000 jaar door 40% van de Tibetanen op grote hoogte verspreidde, wat de snelste genetische sweep is die ooit bij mensen is waargenomen - en ze vroegen zich af waar het vandaan kwam.

Nu heeft een internationaal team van onderzoekers de volgorde van de EPAS1 gen in 40 Tibetanen en 40 Han-Chinezen. Beiden maakten ooit deel uit van dezelfde populatie die zich ergens tussen 2750 en 5500 jaar geleden in twee groepen splitste. Populatiegeneticus Rasmus Nielsen van de University of California, Berkeley, zijn postdoc Emilia Huerta-Sanchez en hun collega's analyseerden het DNA en ontdekten dat de Tibetanen en slechts twee van de 40 Han-Chinezen een onderscheidend segment van de EPAS1 gen waarin vijf letters van de genetische code identiek waren. Toen ze in het 1000 Genomes Project de meest uiteenlopende catalogus van genomen van mensen over de hele wereld doorzochten, konden ze geen enkele andere levende persoon vinden die dezelfde code had.

Vervolgens vergeleek het team de genvariant met DNA-sequenties van archaïsche mensen, waaronder Neanderthalers en een Denisovan, wiens genoom werd gesequenced van het DNA in het vingerbeen van een meisje uit de Denisova-grot in het Altai-gebergte in Siberië. De segmenten Denisovan en Tibetaan kwamen nauw overeen.

Het team vergeleek ook de volledige EPAS1 gen tussen populaties over de hele wereld en bevestigden dat de Tibetanen het hele gen van denisovamensen hebben geërfd in de afgelopen 40.000 jaar of zo – of van een zelfs eerdere voorouder die dat DNA droeg en het doorgaf aan zowel denisovamensen als moderne mensen. Maar ze sloten het tweede scenario uit - dat het gen werd geërfd van de laatste voorouder die moderne mensen meer dan 400.000 jaar geleden met denisovamensen deelden, omdat zo'n groot gen, of DNA-segment, mutaties zou hebben verzameld en in die tijd zou zijn verbroken. - en de versies van het gen van de Tibetanen en Denisovans zouden niet zo nauw overeenkomen als tegenwoordig.

Maar hoe hebben de Tibetanen dit gen geërfd van mensen die 40.000 jaar voor hen in Siberië en andere delen van Azië leefden? Met behulp van computermodellering ontdekten Nielsen en zijn team dat de enige plausibele verklaring was dat de voorouders van Tibetanen en Han-Chinezen het gen kregen door te paren met Denisovans. Het genoom van dit raadselachtige volk heeft onthuld dat ze nauwer verwant waren aan de Neanderthalers dan aan de moderne mens en dat ze ooit over Azië verspreid waren, dus ze hebben mogelijk in de buurt van de voorouders van Tibetanen en Han-Chinezen geleefd. Andere recente studies hebben aangetoond dat hoewel Melanesiërs in Papoea-Nieuw-Guinea tegenwoordig de hoogste niveaus van Denisovan-DNA hebben (ongeveer 5% van hun genoom), sommige Han-Chinezen en Aziaten op het vasteland een laag niveau van Denisovan-afkomst behouden (ongeveer 0,2% tot 2%) , wat suggereert dat veel van hun Denisovan-voorouders in de loop van de tijd zijn weggevaagd of verloren zijn gegaan, omdat hun kleine populaties werden opgenomen door veel grotere groepen moderne mensen.

Hoewel de meeste Han-Chinezen en andere groepen de denisova-versie van de EPAS1 gen omdat het niet bijzonder gunstig was, Tibetanen die zich op het hooggelegen Tibetaanse plateau vestigden, behielden het omdat het hen hielp zich aan te passen aan het leven daar, meldt het team vandaag online in Natuur. De genvariant werd begunstigd door natuurlijke selectie, dus verspreidde het zich snel naar veel Tibetanen.

Een paar Han-Chinezen - misschien 1% tot 2% - dragen nog steeds de Denisovan-versie van de EPAS1 gen omdat de kruising plaatsvond toen de voorouders van Tibetanen en Chinezen ongeveer 40.000 jaar geleden nog deel uitmaakten van één groep. Maar het gen ging later verloren in de meeste Chinezen, of de Han-Chinezen hebben het misschien recenter verworven door kruising met Tibetanen, zegt Nielsen.

Hoe dan ook, wat het meest interessant is, zegt Nielsen, is dat de resultaten aantonen dat paring met andere groepen een belangrijke bron was van gunstige genen in de menselijke evolutie. "Moderne mensen hebben niet gewacht op nieuwe mutaties om zich aan te passen aan een nieuwe omgeving", zegt hij. "Ze zouden adaptieve eigenschappen kunnen oppikken door te kruisen."

De ontdekking is het tweede geval waarin moderne mensen een eigenschap hebben verworven van archaïsche mensen, merkt paleogeneticus Svante Pääbo van het Max Planck Instituut voor Evolutionaire Antropologie in Leipzig, Duitsland, op, wiens team het Denisovan-volk ontdekte. Eerder dit jaar toonde een ander team aan dat met name Maya's een genvariant van Neanderthalers hebben geërfd die het risico op diabetes verhoogt.

De ultieme ironie, merkt Nielsen op, is dat we, toen we dit heilzame gen eenmaal kregen, nooit meer iets terug deden. In plaats daarvan hebben we misschien geholpen om de Denisovans uit te roeien.


Voordelen van Neanderthaler DNA in het menselijk genoom

Anna Azvolinsky
10 november 2016

WIKICOMMONS, EINSAMER SCHUTZE De kruising van Neanderthalers en Denisovans met Homo sapiens resulteerde volgens genomicists in voordelige door Neanderthalers geërfde allelen in de genomen van een breed scala aan moderne mensen. The team&rsquos analysis, published today (November 10) in Current Biology, expands the number of loci in the human genome attributed to these ancient hominins. The results suggest that these alleles&mdashmostly within immune and skin pigmentation genes&mdashlikely helped modern humans adapt to life outside of Africa.

&ldquoThe study expands our knowledge of the extent to which Neanderthals and Denisovans contributed functionally relevant genetic variation to modern humans,&rdquo Svante Pääbo, an evolutionary geneticist at the Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology in Germany, who was not involved in the work, wrote in an email to De wetenschapper. &ldquoIt shows that the contribution [of hominin DNA] is substantial and is larger than I assumed when we first discovered that these extinct.

“The authors’ approach of rebuilding archaic genomes by mining the remnants from modern genomes is unique and brilliant,” wrote Paul Norman, a senior research scientist at Stanford University in California, in an email to De wetenschapper. “This study adds to the growing body of evidence that modern humans likely survived better in adapting to new environments through breeding with archaic humans.”

As a result of interbreeding between early hominins, the genomes of people from Europe and Asia contain around 2 percent Neanderthal DNA and those of Melanesian decent have an additional 2 percent to 4 percent from Denisovans. Prior work has mapped some of these inherited loci in the human genome, identifying—among other things—immune genes from Neanderthals, which researchers speculate may have provided both Neanderthals and early H. sapiens adaptive advantages against infectious organisms. Another study using medical records showed that the persistence of Neanderthal DNA in individuals’ genomes was linked to certain clinical traits such as depression.

For the present study, Joshua Akey, an evolutionary and computational biologist at the University of Washington, harnessed diverse human genome sequences and new Neanderthal and Denisovan sequences to create a comprehensive picture of adaptive hominin sequences in the human genome. Akey and colleagues used previously constructed genomic maps of around 1 million Neanderthal and Denisovan sequences previously identified in the genomes of modern humans. The researchers then looked for these loci within the genomes of 1,523 individuals of European, South and East Asian, and Melanesian descent. At a 50 percent false-discovery rate, they found 126 genomic loci where ancient hominin DNA appeared to persist at relatively high frequency among these individuals, indicating that the retained locus is likely to confer an evolutionary advantage.

“What’s nice about this paper is that it generates a comprehensive list of potentially adaptive introgressed loci,” said Tony Capra of Vanderbilt University in Nashville, Tennessee, who was not involved in the work.

While individuals of Melanesian ancestry typically retain mostly Denisovan sequences, in the current analysis, the researchers found that 59 percent of the loci in these individuals were Neanderthal in origin.

The 126 loci—including seven previously identified—corresponded to seven genes involved in skin pigmentation and 31 genes that function in immunity. Each locus had a median length of about 81 kilobases. And 80 percent of the loci mapped to regulatory rather than coding regions. “We know that mutations that modulate gene expression are very important for driving divergence between closely related populations and species. But before this study, it was not clear how often introgressed alleles would exert their effects in this way,” Capra told The Scientist.

Analyzing the expression levels of genes associated with the 126 loci, the team found that 13 of the sites varied the expression of 34 genes across different tissue types. One locus resulted in significantly increased expression of a Toll-like receptor (TLR) gene cluster involved in innate immunity in lymphoblast cell lines, and lower expression in primary B cells and fibroblasts. The team tested whether this differential expression was a result of different levels of innate immune system activation. Using whole blood samples from healthy volunteers, they showed that those individuals with Neanderthal-derived TLR alleles could be specifically activated with a TLR4 agonist within immune cells. “We showed that this effect is specific to activated immune cells, which highlights the challenges in interpreting the effect of sequence variation. If you look in the wrong cell type or time point you would never see the effects,” Akey told De wetenschapper.

“It’s interesting to see that, like alleles that arise by other evolutionary mechanisms, adaptive introgression appears to commonly influence gene expression,” said Capra.

The results provide new clues about one particular route of human evolution. “Instead of waiting for a new beneficial mutation, we can just pick one up by hybridizing with a population that was already adapted to this new environment,” said Akey. “Finding advantageous genes inherited from archaic humans also shows that hybridization was not just some side note to human history, but had important consequences that we can still see in present day individuals.”

Capra agreed. “We are seeing enough of the signature of introgression in human genomes that we really need to integrate it into our models of evolution and selection.”


Woordenlijst

  1. Theodosius Dobzhansky. “Biology, Molecular and Organismic.” American Zoologist 4, no. 4 (1964): 449. &crarr
  2. Charles Darwin, Journal of Researches into the Natural History and Geology of the Countries Visited during the Voyage of H.M.S. Beagle Round the World, under the Command of Capt. Fitz Roy, R.N, 2nd. red. (London: John Murray, 1860), http://www.archive.org/details/journalofresea00darw. &crarr
  3. Sahar S. Hanania, Dhia S. Hassawi, and Nidal M. Irshaid, “Allele Frequency and Molecular Genotypes of ABO Blood Group System in a Jordanian Population,” Journal of Medical Sciences 7 (2007): 51-58, doi:10.3923/jms.2007.51.58 &crarr

DNA adaptation in human life - Biology

This book is an adaptation of the CK-12 Foundation textbook “College Human Biology” (which can be found at https://www.ck12.org/book/ck-12-human-biology/) and was authored by Jean Brainard, Ph.D. , Rachel Henderson, Ph.D in 2016. College Human Biology by CK-12 Foundation is licensed as CC BY NC. I would like to wholeheartedly thank Dr. Brainard and Dr. Henderson as well as the CK-12 Foundation for their tremendous work in this area of open educational resources.

The following changes were made to this book as a whole:

  • Canadian spellings were used.
  • Imperial measurements were changed to metric.
  • American statistics and examples were replaced with Canadian statistics and examples.
  • References to American governmental organizations were removed and replaced with Canadian organizations when appropriate.
  • Eurocentric/colonial images were replaced with images more representative of the diversity in student population.
  • Names in case studies were replaced to better represent the diversity in student population.
  • Images and diagrams were replaced with more appealing or higher quality graphics where applicable.
  • The supplementary videos at the end of each section were updated and expanded.
  • A selection of existing review questions were converted to self-marking H5P activities.
  • H5P activities/multimedia were inserted into sections to reinforce concepts.
  • Chapters that did not align with the British Columbia ABE Provincial Level Biology Curriculum were removed.
  • A glossary function was added, which shows definitions when students hover their mouse over a term.
  • The glossary section was expanded to include more vocabulary.
  • Learning objectives, review questions and summaries were colour-coded.
  • The following hyperlinks were created in the text:
    • People of note were linked to their page on Wikipedia.
    • Diseases and disorders were linked to a reliable information page (Mayo Clinic, CDC, etc.).

    The following chapter sections were created or substantially expanded:

    The following additions have been made to these chapters:

    Hoofdstuk 3

    Section 3.5: Addition of Cultural Connection: Fats in Tanning

    Hoofdstuk 4

    Section 4.4: Inclusion of vaping in the Feature: My Human Body about smoking

    Section 4.10 Addition of transition reaction as an intermediate step in aerobic cellular respiration

    Section 4.11 Addition of paragraph about fermentation in food production

    Section 4.11 Addition of Cultural Connection: Fermentation of Oolichan (candle fish) by Indigenous people in British Columbia

    Hoofdstuk 5

    Section 5.3 Addition of Interactive Timeline of Pivotal Events in DNA Research

    Section 5.7 Addition of the paragraph Processing RNA

    Section 5.10 Addition of Cultural Connection: Agricultural Management of Corn by Indigenous People

    Hoofdstuk 8

    Section 8.5 Organization of the structures of the brain into the regions of the hindbrain, midbrain and forebrain.

    Section 8.5 Addition of sections on the pons, medulla oblongata, reticular activating system, limbic system, hippocampus, and amygdala.

    Hoofdstuk 9

    Section 9.2 Changed introductory paragraph to “Your Body the Chemist”

    Chapter 16

    Section 16.3 Changed introductory paragraph to “Surprising Uses of Pee”

    Hoofdstuk 18

    Section 18.8 Addition of paragraph “Bringing It All Together”


    Dankbetuigingen

    We thank S. Polo and P. Huertas for advice, and K. Dry for expert help with the text and figures. The S.P.J. laboratory is supported by grants from Cancer Research UK, the European Commission (projects GENICA and DNA Repair), the Wellcome Trust and the Biotechnology and Biological Sciences Research Council. The J.B. laboratory is supported by grants from the Danish Cancer Society, the Danish National Research Foundation and the European Commission (projects GENICA, Active p53, TRIREME and DNA Repair).

    Bijdragen van auteurs S.P.J. and J.B. conceived of and wrote all aspects of this article.


    Bekijk de video: ДНК для бывшей жены. Пусть говорят. Выпуск от (Februari 2023).