Oglejte si "jumping gene" v akciji

Rappers Attacked While Performing On Stage " Lil Wayne, TI, Yo Gotti, Tyga, Chingy" (Junij 2019).

Anonim

"Jumping geni" so vseprisotni. Vsaka domena življenja gosti te sekvence DNK, ki lahko "skočijo" iz enega položaja v drugega vzdolž kromosoma; v resnici je skoraj polovica človeškega genoma sestavljena iz skakanja genov. Odvisno od njihovih specifičnih izrezov in vstavitvenih točk lahko geni za skakanje prekinejo ali sprožijo izražanje genov, povzročajo genetsko mutacijo in prispevajo k raznolikosti celic. Od odkritja v 40. letih prejšnjega stoletja so raziskovalci lahko preučevali vedenje teh skakačnih genov, splošno znanih kot transposoni ali transposable elements (TE), predvsem s posrednimi metodami, ki posamezno aktivnost sklepajo iz rezultatov v razsutem stanju. Vendar takšne tehnike niso dovolj občutljive, da natančno ugotovijo, kako in zakaj transposoni skočijo in kateri dejavniki sprožajo njihovo dejavnost.

Poročanje v Zborniku Nacionalne akademije znanosti so znanstveniki na Univerzi Illinois v Urbana-Champaign opazili, da je aktivnost genov v genu v realnem času v živih celicah. Študija je skupna prizadevanja profesorjev fizike Thomas Kuhlman in Nigel Goldenfeld v Centru za fiziko živih celic, Nacionalni center za fizične mejnike na naravoslovju.

"V tej študiji smo lahko videli, da se dejansko več teh akcij jumping gena dogaja, kot bi se lahko pričakovali iz prejšnjih študij, " je dejal Kuhlman, ki je ekipa opravila in vivo eksperimente. "Še več, naučili smo se, da so stopnje, pri katerih so ti geni skokovito odvisni od tega, kako se celice rastejo, če je na voljo hrana za celice, da rastejo, na primer, z drugimi besedami, aktiviranje genov pri genovih ni povsem naključno, odvisna je od povratnih informacij o okolju. "

Da bi opazovali te posamezne celične evolucijske dogodke v živih celicah, je Kuhlmanova ekipa oblikovala sintetični biološki sistem, ki uporablja bakterijo Escherichia coli. Znanstveniki so združili izraz fluorescentnih novinarjev - genov, ki kodirajo (v tem primeru modre in rumene) fluorescentne beljakovine - na skakanje aktivnosti transposonov. Znanstveniki so nato lahko vizualno zabeležili aktivnost transposona z uporabo fluorescenčne mikroskopije.

"To so geni, ki se pojavljajo in spremenijo lokacijo v genomu celice, " je dejal Kuhlman. "Dejavnost smo zasnovali do molekularnega sistema, tako da, ko začnejo skakati okoli, celica fluorescira. V našem poskusu so bile celice najbolj fluorescentne, ko niso bile zelo zadovoljne. Ena šola misli predlaga, da se povečana stopnja mutacije, kot je to bi lahko bila prednost v takšnih nesrečnih pogojih, da bi celice diverzificirale. "

Da bi pomagali pri načrtovanju eksperimenta in izračunavanju, kaj bi se zgodilo, če bi prišlo do skokov na zgoščen način, je Goldenfeldova ekipa razvila računalniške simulacije rasti bakterijskih kolonij in predvidela, kakšen bi eksperimentalni signal v naključnem primeru. Ti izračuni so pokazali, da eksperimentov ni bilo mogoče preprosto razlagati kot naključno transposonsko dejavnost, niti celo podkrepili z viri nezanesljivosti, vključno s povratnimi informacijami in nasledstvom v okolju.

"Naše delo je vključevalo precejšnjo analizo računalniške slike, ki mu je sledila statistična analiza", je dejal Goldenfeld. "Za pridobivanje signalov in sklepov iz neobdelanih podatkov so bili simulacijski in teoretični izračuni sestavni del eksperimentalnega oblikovanja in interpretacije. Tovrsten sodelovalni projekt je bil resnično mogoč le z edinstveno strukturo Centra za fiziko živih celic."

"Nadpovprečen dolgoročni raziskovalni cilj je globlje razumevanje, kako evolucija deluje na molekularni ravni. Neposredno opazovanje, kako genomi v celicah prestrukturirajo sami, omogoča natančno določanje stopenj prilagajanja in lahko osvetli številne pomembne evolucijske vprašanja, ki segajo od nastanka življenja do širjenja raka, kjer so celice izpostavljene hitrim mutacijam in preoblikovanjem njihovih genomov, "je dodal Kuhlman.

Kuhlman in Goldenfeld sta člani Inštituta za genomsko biologijo Carl R. Woese in Oddelek za fiziko na Univerzi Illinois pri Urbana-Champaign. Delo je vključevalo več diplomantov, med njimi vodilni avtor Hyuneil Kim, Gloria Lee, Nicholas Sherer in Michael Martini.

menu
menu