Ученые скрещивание с неандертальцами спасло современного человека от эпидемий гриппа - Наука - ТАСС

Ученые скрещивание с неандертальцами спасло современного человека от эпидемий гриппа — Наука — ТАСС

Гибридизация ДНК–ДНК и ДНК–РНК

Если нагреть раствор ДНК выше температуры 90°С или сдвинуть рН в резко щелочную или резко кислую стороны, то водородные связи между нитями ДНК разрушаются, двойная спираль расплетается. Происходит денатурация ДНК или, по-другому, плавление. Если удалить агрессивный фактор, то происходит ренатурация или отжиг. При отжиге нити ДНК «отыскивают» комплементарные участки друг у друга и, в конце концов, вновь сворачиваются в двойную спираль.

Если в одной «пробирке» провести плавление и отжиг смеси ДНК человека и мыши, то некоторые участки цепей ДНК мыши будет воссоединяться с комплементарными участками цепей ДНК человека с образованием гибридов. Число таких участков зависит от степени родства видов. Чем ближе виды между собой, тем больше участков комплементарности нитей ДНК. Это называется гибридизация ДНК-ДНК.

Если в растворе присутствует РНК, то можно осуществить гибридизацию ДНК-РНК. Это помогает установить близость определенных последовательностей ДНК с какой-либо РНК.

Гибридизация ДНК-ДНК и ДНК-РНК используется как эффективное средство в молекулярной генетике.

Например, на основе знания белковой последовательности можно искусственно синтезировать РНК. При гибридизации такой РНК с образцами ДНК вполне реально определить участок ДНК, ответственный за синтез исходного белка.

Транскрипция

Транскрипция (англ. transcription – переписывание), – это биосинтез РНК на матрице ДНК. Биосинтез РНК происходит в участке ДНК, который называется транскриптом, с одного края он ограничен промотором (начало), с другого – терминатором (конец).

Как в любом матричном биосинтезе в транскрипции выделяют 5 необходимых элементов:

· матрица – одна из цепей ДНК

· растущая цепь – РНК

· субстрат для синтеза – рибонуклеотиды (УТФ, ГТФ, ЦТФ, АТФ)

· источник энергии – УТФ, ГТФ, ЦТФ, АТФ

Существует три основных типа РНК‑полимераз: для синтеза пре‑рРНК (РНК-полимераза I), для синтеза пре‑мРНК (РНК-полимераза II), для синтеза пре‑тРНК и 5S‑рРНК (РНК-полимераза III).

В составе РНК‑полимеразы E.coli выделяют четыре субъединицы: две a‑субъединицы, по одной b- и b’-субъединице. Имеется также дополнительный белковый s‑фактор Последний необходим только для связывания с промотором и не участвует в удлинении цепи РНК.

Строение РНК‑полимераз эукариот имеет много общего со структурой бактериального фермента: они имеют по две больших субъединицы и несколько малых субъединиц.

Стадии транкрипции

Инициация

Промотор содержит стартовый сигнал транкрипции ТАТА‑бокс – определенную последовательность нуклеотидов ДНК, присоединяющий инициирующий
ТАТА‑фактор. Этот ТАТА‑фактор обеспечивает присоединение РНК‑полимеразы к той нити ДНК, которая будет использоваться в качестве шаблона для транскрипции. Так как промотор ассиметричен, то он связывает РНК‑полимеразу только в одной ориентации, что определяет направление транскрипции от 5’‑конца к 3’‑концу (5’ ® 3’).

Другие факторы инициации раскручивают спираль ДНК перед РНК‑полимеразой.

После синтеза затравочного фрагмента РНК длиной 8‑10 рибонуклеотидов s‑фактор отрывается от фермента.

Элонгация

Белковые факторы элонгации обеспечивают продвижение РНК‑полимеразы вдоль ДНК и расплетание нитей ДНК на протяжении примерно 17 нуклеотидных пар. РНК‑полимераза продвигается со скоростью примерно 40‑50 нуклеотидов в секунду в направлении 5’ ® 3’. Используя одновременно в качестве субстрата и источника энергии АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ.

Терминация

РНК‑полимераза остановится, когда достигнет терминирующих кодонов. С помощью белкового фактора терминации, так называемого r‑фактора (греч. r — «ро»), от матрицы ДНК отделяются фермент и синтезированная молекула РНК, которая является первичным транскриптом, предшественником мРНК или тРНК или рРНК.

Процессинг РНК.

Снтезированные молекулы РНК являются и в дальнейшем претерпевают ряд изменений, которые называются процессингом. У эукариот процессингу подвергаются все виды пре‑РНК, у прокариот – только предшественники рРНК и тРНК.

Читайте также:  Психологические особенности детей с дцп о чем нужно знать родителям

7 экспериментов по созданию гибрида человека и животного

1. Первое скрещивание подобного типа было успешно проведено в лаборатории Шанхая в 2003 году. Команда ученых использовала генетический материал человека и кролика. Зародыши развились до этапа формирования стволовых клеток, чего и добивались ученые: такой материал требовался для того, чтобы в перспективе выращивать человеческие органы. Это не первый случай, когда ученые решались на подобные эксперименты. Исследователи из США пытались провести похожий опыт гораздо раньше, но их эксперимент не увенчался успехом.

2. Некоторые исследователи утверждают, что в далеком 1967 году китайские ученые уже проводили опыты по созданию пугающего гибрида. Целью экспериментов было оплодотворение самки шимпанзе человеческой спермой. Однако в планы ученых вмешалась разгоревшаяся в Китае культурная революция, и проект был приостановлен. И это к лучшему: потенциальная жизнь такого существа обречена на пожизненное заключение в стенах экспериментальных лабораторий.

3. Клиника Мэйо в Миннесоте использовала генетический материал человека и успешно создала первую гибридную свинью. Цель эксперимента — изучить, как будут взаимодействовать клетки человека и свиньи. В результате ученые вывели новое животное, которое, впрочем, ничем внешне не отличалось от своих собратьев. Но группа крови была уникальной: в природе ничего подобного еще не было.

4. В 2009 году российские и белорусские генетики совместно модифицировали коз для производства грудного молока человека. В перспективе трансгенные козы помогут создавать лекарственные средства и продукты питания из нового молока, по составу близкого к человеческому. Вскоре после этого команда китайских ученых использовала целое стадо крупного рогатого скота для похожих экспериментов. Цель состояла в том, чтобы получить возможность конвейерного производства грудного человеческого молока. Появится ли диковинка в супермаркетах — узнаем в ближайшем будущем.

5. Одна из самых больших идей в мире биотехнологий сегодня — это возможность выращивания животных с человеческими органами, которые могли бы быть донорами для больных по всему миру. Однако во многих странах столь негуманное отношение к живым существам порицается. Профессор Хиромицу Накаучи покинул Японию и переехал в США, чтобы работать над подобным проектом. Пока ученым удалось вырастить мышиные органы в теле крысы. Тем не менее, это прогресс, и Накаучи настаивает, что с каждым днем ​команда ученых все ближе подходит к заветной цели.

6. В 2010 году в Институте биологических исследований Salk создали мышь с печенью, практически идентичной человеческой. С помощью этого эксперимента ученые изучали малярию и гепатиты В, С, которыми могут болеть лишь человек и шимпанзе. Эксперименты на родственных человеку животных вызывают бурную реакцию общественности, а мыши с человеческими органами позволяют ученым избежать эту проблему. Ученые полагают, что их исследования приведут к новым прорывам в медицине.

7. В 2007 году в Йельском университете провели терапию с помощью трансплантации стволовых клеток человека. В результате обезьяны, страдавшие болезнью Паркинсона, смогли ходить, есть и двигаться лучше, чем это было раньше. Однако с этической точки зрения эксперимент вызывает множество непростых вопросов. Человеческие клетки «мигрировали» в мозг обезьян, фактически изменив особенности функционирования головного мозга. Такие опыты неизбежно заставляют ученых задуматься: где пролегает та грань, после которой вмешательство в чужой организм приводит к изменению самой его сущности?

Читайте также:  Дискератоз причины, признаки, симптомы и лечение

Гибридизация ДНК: понятие, определение, этапы развития и применение

Что лежит в основе гибридизации ДНК? Хотя двухцепочечная ДНК -последовательность в целом стабильная в физиологических условиях, изменение этих условий в лаборатории (как правило, путем повышения температуры окружающей среды) приведет к тому, что молекулы будут разделены на отдельные нити. Последние являются взаимодополняющими друг к другу, но могут также дополнять другие последовательности, присутствующие в их окружении. Опускание окружающей температуры позволяет однонитевым молекулам отжигать или «гибридизоваться» друг с другом. Это и есть метод гибридизации ДНК.

Понятие с точки зрения молекулярной биологии

Ученые, занимающиеся как репликацией ДНК, так и транскрипцией ДНК в РНК, полагаются на скрещивание нуклеотидов между собой и методы молекулярной биологии. Сюда включаются Саузерн-блоты и Нозерн-блоты, полимеразная цепная реакция (ПЦР) и большинство подходов к секвенированию и гибридизации ДНК-РНК.

Применение

Гибридизация является основным свойством нуклеотидных последовательностей и используется в многочисленных методах молекулярной биологии. Общая генетическая взаимосвязь двух видов может быть определена путем гибридизации сегментов их ДНК (ДНК-ДНК-гибридизация). Из-за сходства последовательностей между близкородственными организмами требуется более высокая температура для таяния таких гибридов ДНК по сравнению с более удаленными организмами. Различные методы используют гибридизацию для определения происхождения образца ДНК, включая полимеразную цепную реакцию (ПЦР). В другом методе короткие последовательности ДНК гибридизуются с клеточной мРНК для идентификации экспрессируемых генов. Фармацевтические компании изучают использование антисмысловой РНК для связывания с нежелательной мРНК, предотвращая рибосому от перевода мРНК в белок.

ДНК-ДНК-гибридизация обычно относится к методу молекулярной биологии, который измеряет степень генетического сходства между пулами последовательностей ДНК. Он обычно используется для определения генетического расстояния между двумя организмами. Это широко использовалось в филогении и таксономии.

Методология

ДНК одного организма метили, затем смешивали с не меченной ДНК, которую можно было сравнить с ней. Смесь инкубируют, чтобы позволить цепям ДНК диссоциировать и затем охлаждаться с образованием возобновленной гибридной двухцепочечной ДНК. Гибридизированные последовательности с высокой степенью сходства будут более жестко связываться и требуют больше энергии для их разделения: т. е. они разделяются при нагревании при более высокой температуре, чем разнородные последовательности, процесс, известный как «плавление ДНК».

Плавление ДНК

Оценивая профиль плавления гибридизованной ДНК, двухцепочечную ДНК связывают с так называемой «колонкой», а получившуюся смесь нагревают. На каждом этапе колонку промывают, а последовательности ДНК, которые плавятся, становятся одноцепочечными и смывают колонну. Температуры, при которых помеченная ДНК выходит из колонки, отражает количество сходства между последовательностями (и образец самосгибания служит в качестве контроля). Эти результаты объединены, чтобы определить степень генетического сходства между организмами. Как утверждает современная микробиология, гибридизация ДНК невозможно без понимания этих вещей.

Когда несколько видов рибонуклеиновой (или дизоксирибонуклеиновой) кислоты сравниваются таким образом, значения сходства позволяют размещать виды в филогенетическом дереве. Следовательно, это один из возможных подходов к проведению молекулярной систематики. Чарльз Сибли и Джон Альквист, пионеры этой техники, использовали ДНК-ДНК-гибридизацию для изучения филогенетических отношений птиц (систематика Сибли-Алквиста) и приматов.

Значение для биологии

ДНК-ДНК-гибридизация является золотым стандартом для различения бактериальных видов с величиной сходства более 70%, что указывает на то, что сравниваемые штаммы относятся к разным видам. В 2014 году был предложен порог 79% сходства для разделения бактериального подвида.

Читайте также:  Опухоль спинного мозга Семейная клиника «Амеда»

Критики утверждают, что техника неточна для сравнения близких видов, так как любая попытка измерить различия между ортологическими последовательностями между организмами перегружена гибридизацией паралоговых аналогов в геноме организма. Секвенирование ДНК и вычислительные сравнения последовательностей в настоящее время обычно являются методом определения генетического расстояния, хотя этот подход все еще используется в микробиологии, чтобы помочь идентифицировать бактерии.

Современный способ заключается в проведении гибридизации ДНК-ДНК в силиконе с использованием полностью или частично секвенированных геномов. GGDC, разработанный в DSMZ, является наиболее точным известным инструментом для вычисления DDH-аналогичных значений. Среди других алгоритмических улучшений он решает проблему с паралогическими последовательностями, тщательно фильтруя их из совпадений между двумя последовательностями генома.

Метод FISH

Флуоресцентная гибридизация молекул ДНК (Fluorescence In Situ Hybridization — FISH) представляет собой лабораторный метод, используемый для обнаружения и определения последовательности ДНК, часто на определенной хромосоме.

В 1969 году Джозеф Галл и Мэри Лу Парду опубликовали документ, демонстрирующий, что радиоактивные копии последовательности рибосомной ДНК могут быть использованы для обнаружения комплементарных последовательностей ДНК в ядре лягушечьего яйца. Начиная с этих оригинальных наблюдений, многие уточнения повысили универсальность и чувствительность процедуры до такой степени, что гибридизация in situ («на своем месте», латынь) в настоящее время считается важным инструментом в цитогенетике. (Термином in situ в настоящее время также обозначают начальную стадию роста карциномы, когда в патологический процесс вовлечена лишь эпителиальная ткань.)

Последовательность флуоресцентной гибридизации

РНК-зонды могут быть сконструированы для любого гена или любой последовательности внутри гена для визуализации мРНК lncRNA и miRNA в тканях и клетках. FISH используется путем изучения цикла клеточного размножения, в частности интерфазы ядер для любых хромосомных аномалий. FISH позволяет анализировать большую серию архивных случаев, намного легче идентифицировать выявленную хромосому, создавая зонд с искусственным хромосомным основанием, который будет привлекать подобные хромосомы.

Сигналы гибридизации для каждого зонда, когда обнаруживается аномалия ядра: каждый зонд для обнаружения мРНК и lncRNA состоит из 20 пар олигонуклеотидов, каждая пара покрывает пространство 40-50 б. п. Для обнаружения мРНК зонды используют запатентованную химию.

Гибридизация с ДНК-зондами

Зонды часто получают из фрагментов ДНК, которые были выделены, очищены и амплифицированы для использования в проектировании генома человека. Размер человеческого генома настолько велик по сравнению с длиной, которая может быть секвенирована напрямую, что необходимо разделить его на фрагменты. В конечном счете эти фрагменты приводились в порядок путем переваривания копии каждого фрагмента в еще более мелкие элементы с использованием эндонуклеаза, специфичных для последовательностей, для измерения размера каждого небольшого фрагмента с использованием эксклюзионной хроматографии с использованием этой информации для определения, где большие части перекрывались друг с другом.

Чтобы сохранить элементы с их индивидуальными последовательностями ДНК, фрагменты были добавлены в систему постоянно повторяющихся популяций бактерий. Клональные популяции бактерий, каждая популяция, поддерживающая единую искусственную хромосому, хранятся в различных лабораториях по всему миру. Искусственные хромосомы (BAC) можно выращивать, извлекать и помечать в любой лаборатории, содержащей библиотеку. Геномные библиотеки часто называются в честь учреждений, в которых они были разработаны. Примером может служить библиотека RPCI-11, названная в честь Института рака Розуэлла в Буффало (Нью-Йорк, США). Эти фрагменты составляют порядка 100 тысяч базовых пар и являются основой большинства зондов FISH.

Ссылка на основную публикацию
Установка временной пломбы цены в стоматологической клинике Доктор Мартин в Москве
Сколько дней можно держать в зубе мышьяк взрослым и детям, зачем его ставят в стоматологии, как это выглядит? Мышьяк, или...
Уролесан® инструкция по применению, показания
Уролесан капли : инструкция по применению Инструкция Общая характеристика Состав 1 мл препарата содержит: действующие вещества: пихты масла 67,6 мг,...
Урологические операции в Красноярске
Гидроцеле (водянка яичка) Гидроцеле яичка (водянка яичка) ― это скопление жидкой субстанции, серозного или гнойного характера в пространстве между мошонкой...
Устойчивость вируса ВИЧ во внешней среде
Устойчивость вирусов гепатита A, B и C во внешней среде Вирусные гепатиты – это заболевания, поражающие печень. Вирусы имеют различную...
Adblock detector