معلومة

لماذا وكيف يكون تخليق الحمض النووي أسرع بكثير من تخليق الحمض النووي الريبي في البكتيريا؟

لماذا وكيف يكون تخليق الحمض النووي أسرع بكثير من تخليق الحمض النووي الريبي في البكتيريا؟


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.

الحمض النووي التوليف في الإشريكية القولونية هو 20x أسرع من RNA التوليف في 1000 ننت / ث مقابل 50 ننت / ث. (ميركين 05)

أجد هذا محيرًا لأن بلمرة الحمض النووي أفضل التدقيق اللغوي من صنف RNA ، والذي يتطلب وقتًا إضافيًا حيث تحتاج إلى التراجع والمكوس والاستبدال. أيضا ، في البكتيريا هناك تقريبا لا الربط، حتى لا يبطئك ذلك. و 1000nt / s عبارة عن شوكة نسخ متماثل واحدة. نحن لا نتحدث عنه عدة repisomes معًا تسجيل الوقت 1 كونت في الثانية.

هل يوجد تفسير لهذا أم فرضيات في حالة عدم وجود دليل؟


لن أسميها فرضيات ، لكن السؤال مثير للاهتمام ، وكما يبدو أنه تم تجاهله في الأدبيات ، سأقدم بعض الاقتراحات.

  1. ربما يتعلق الأمر بالتعرف على إشارات الإنهاء فيما يتعلق بالضغط الانتقائي للسرعة في العمليتين.

ربما إذا كان استطالة سلسلة RNA أسرع ، فلن تكون قادرة على الاستجابة لإشارات الإنهاء المستقلة عن rho والتي يُعتقد أنها حلقات جذعية محددة في الحمض النووي التي تتسبب في توقف RNA polymerase وسقوط الحمض النووي. قد يؤدي تسريع بوليميراز الحمض النووي الريبي إلى تعطيل الحلقات بدلاً من ذلك. نظام الإنهاء لتكرار الحمض النووي قد لقد تطورت لتكون أكثر قوة حتى تتمكن من إيقاف استطالة أسرع. (ملاحظة: اقتراحي الخاص بـ "المتانة" المختلفة في الإنهاء لا يعتمد على أي بيانات ، إنه مجرد تكهنات.)

إذا كان هذا صحيحًا ، فسيتم طرح السؤال عن سبب عدم تطوير النسخ لنظام إنهاء أكثر كفاءة بالتنسيق مع تطور بوليميريز RNA أكثر ذكاءً. ربما يكون الجواب هنا هو أنه لا يوجد ضغط انتقائي لنسخ أسرع - المعدل كافٍ بشكل واضح لتوفير احتياجات الخلية - بينما يحدد معدل تكرار الحمض النووي الوقت بين انقسامات الخلية وبالتالي معدل النمو الذي يخضع له للضغط الانتقائي.

  1. ربما له علاقة بتردد الخطأ فيما يتعلق بالضغط الانتقائي للسرعة في العمليتين.

أولاً ، سأوضح أنني أعتقد أن حجة التصحيح في السؤال هي نوع من الضياع. إذا كان معدل النسخ المتماثل 20x أسرع من النسخ ، فلن يكون للتراجع العرضي تأثير كبير على الفرق الإجمالي. ومع ذلك ، يمكن أن تكون الأخطاء والتدقيق اللغوي متضمنين في تفسير مختلف.

لا يحتوي نسخ الحمض النووي الريبي على قراءة تدقيق. طول نصوص الحمض النووي الريبي هو أن الخلية يمكن أن تتسامح مع الأخطاء التي تحدث. ومع ذلك ، إذا تمت زيادة سرعة النسخ ، فمن المعقول توقع زيادة في تكرار الخطأ ، الأمر الذي قد يكون ضارًا. قد يكون المعدل الحالي للنسخ هو المفاضلة بين الكفاءة والدقة. بالطبع يمكن للمرء أن يتخيل تطور نظام تدقيق القراءة للنسخ إذا كان ذلك ضروريًا ، ولكن ، كما نوقش أعلاه ، إذا كان معدل النسخ مناسبًا ، فلن يكون هناك ضغط انتقائي لإنتاجه.


هذا بسبب حقيقة أن بوليميريز الحمض النووي يقوم بالعملية السريعة التي تبلغ 1000 نانومتر / ثانية مقارنة ببوليميراز الحمض النووي الريبي الذي يتراوح من 1000 إلى 2000 نانومتر / دقيقة لأن هذه العملية تتم بدون تمييز وأيضًا يحتوي DNA pol على نشاط نوكلياز خارجي


لماذا وكيف يكون تخليق الحمض النووي أسرع بكثير من تخليق الحمض النووي الريبي في البكتيريا؟ - مادة الاحياء

احماض نووية هي أهم الجزيئات لاستمرارية الحياة. إنهم يحملون المخطط الجيني للخلية ويحملون تعليمات لعمل الخلية.

النوعان الرئيسيان من الأحماض النووية حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) و الحمض النووي الريبي (RNA). الحمض النووي هو المادة الجينية الموجودة في جميع الكائنات الحية ، بدءًا من البكتيريا وحيدة الخلية إلى الثدييات متعددة الخلايا. توجد في نواة حقيقيات النوى وفي العضيات والبلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا. في بدائيات النوى ، لا يكون الحمض النووي محاطًا بغلاف غشائي.

يُعرف المحتوى الجيني الكامل للخلية باسم الجينوم الخاص بها ، ودراسة الجينوم هي علم الجينوم. في الخلايا حقيقية النواة ولكن ليس في بدائيات النوى ، يشكل الحمض النووي مركبًا مع بروتينات هيستون لتكوين الكروماتين ، وهو مادة الكروموسومات حقيقية النواة. قد يحتوي الكروموسوم على عشرات الآلاف من الجينات. تحتوي العديد من الجينات على المعلومات اللازمة لجعل منتجات البروتين ترميز جينات أخرى لمنتجات الحمض النووي الريبي. يتحكم الحمض النووي في جميع الأنشطة الخلوية عن طريق قلب الجينات & # 8220on & # 8221 أو & # 8220off. & # 8221

النوع الآخر من الحمض النووي ، RNA ، يشارك في الغالب في تخليق البروتين. لا تغادر جزيئات الحمض النووي النواة أبدًا ولكنها تستخدم وسيطًا للتواصل مع بقية الخلية. هذا الوسيط هو رسول RNA (مرنا). أنواع أخرى من الرنا - مثل الرنا الريباسي ، الرنا المرسال ، و الرنا الميكروي - تشارك في تخليق البروتين وتنظيمه.

يتكون DNA و RNA من مونومرات تعرف بالنيوكليوتيدات. تتحد النيوكليوتيدات مع بعضها البعض لتشكيل عديد النيوكليوتيدات أو الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي. يتكون كل نوكليوتيد من ثلاثة مكونات: قاعدة نيتروجينية ، سكر بنتوز (خمسة كربون) ، ومجموعة فوسفات (الشكل 1). ترتبط كل قاعدة نيتروجينية في نوكليوتيد بجزيء سكر ، والذي يرتبط بمجموعة أو أكثر من مجموعات الفوسفات.

الشكل 1. يتكون النيوكليوتيد من ثلاثة مكونات: قاعدة نيتروجينية ، وسكر بنتوز ، ومجموعة فوسفات واحدة أو أكثر. يتم ترقيم بقايا الكربون في البنتوز من 1 إلى 5 (يميز العنصر الأساسي هذه البقايا عن تلك الموجودة في القاعدة ، والتي يتم ترقيمها دون استخدام تدوين أولي). القاعدة متصلة بالموضع 1 للريبوز ، والفوسفات متصل بالموضع 5 ′. عندما يتم تكوين بولي نيوكليوتيد ، فإن 5 فوسفات من النوكليوتيدات الواردة ترتبط بمجموعة 3 هيدروكسيل في نهاية سلسلة النمو. يوجد نوعان من البنتوز في النيوكليوتيدات ، الديوكسيريبوز (الموجود في الحمض النووي) والريبوز (الموجود في الحمض النووي الريبي). يشبه Deoxyribose في بنية الريبوز ، ولكنه يحتوي على H بدلاً من OH في الموضع 2. يمكن تقسيم القواعد إلى فئتين: البيورينات والبيريميدين. البيورينات لها هيكل حلقي مزدوج ، وللبيريميدين حلقة واحدة.

القواعد النيتروجينية ، وهي مكونات مهمة للنيوكليوتيدات ، هي جزيئات عضوية وسميت بهذا الاسم لأنها تحتوي على الكربون والنيتروجين. إنها قواعد لأنها تحتوي على مجموعة أمينية لديها القدرة على ربط هيدروجين إضافي ، وبالتالي تقلل تركيز أيون الهيدروجين في بيئتها ، مما يجعلها أكثر أساسية. يحتوي كل نيوكليوتيد في الحمض النووي على واحدة من أربع قواعد نيتروجينية محتملة: الأدينين (A) والجوانين (G) والسيتوزين (C) والثيمين (T). تحتوي نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي أيضًا على واحدة من أربع قواعد محتملة: الأدينين ، والجوانين ، والسيتوزين ، واليوراسيل (U) بدلاً من الثايمين.

يتم تصنيف الأدينين والجوانين على أنها البيورينات. الهيكل الأساسي للبيورين هو حلقتان من الكربون والنيتروجين. يتم تصنيف السيتوزين والثايمين واليوراسيل على أنها بيريميدين التي تحتوي على حلقة كربون-نيتروجين واحدة كهيكلها الأساسي (الشكل 1). كل من حلقات الكربون والنيتروجين الأساسية هذه لها مجموعات وظيفية مختلفة مرتبطة بها. في اختزال البيولوجيا الجزيئية ، تُعرف القواعد النيتروجينية ببساطة برموزها A و T و G و C و U. يحتوي DNA على A و T و G و C بينما يحتوي RNA على A و U و G و C.

سكر البنتوز في الحمض النووي هو ديوكسيريبوز ، وفي الحمض النووي الريبي ، السكر ريبوز (الشكل 1). الفرق بين السكريات هو وجود مجموعة الهيدروكسيل على الكربون الثاني من الريبوز والهيدروجين على الكربون الثاني من الديوكسيريبوز. يتم ترقيم ذرات الكربون في جزيء السكر على أنها 1 و 2 ′ و 3 ′ و 4 ′ و 5 (1 تقرأ كـ & # 8220one أولي & # 8221). يتم ربط بقايا الفوسفات بمجموعة الهيدروكسيل المكونة من 5 كربون لسكر واحد ومجموعة الهيدروكسيل المكونة من 3 كربون من سكر النوكليوتيد التالي ، والتي تشكل 5 - 3 الفوسفوديستر الربط. لا تتشكل رابطة الفوسفوديستر عن طريق تفاعل تجفيف بسيط مثل الروابط الأخرى التي تربط المونومرات في الجزيئات الكبيرة: يتضمن تكوينها إزالة مجموعتي فوسفات. قد يحتوي عديد النيوكليوتيد على آلاف من روابط الفوسفوديستر هذه.

هيكل DNA مزدوج الحلزون

الشكل 2. الحمض النووي هو الحلزون المزدوج المضاد للتوازي. يوجد العمود الفقري للفوسفات (الخطوط المتعرجة) من الخارج ، والقواعد من الداخل. تتفاعل كل قاعدة مع قاعدة من الخيط المقابل. (الائتمان: جيروم والكر / دينيس مايتس)

يحتوي الحمض النووي على هيكل مزدوج الحلزون (الشكل 2). يقع السكر والفوسفات على السطح الخارجي للحلزون ، ويشكلان العمود الفقري للحمض النووي. القواعد النيتروجينية مكدسة في الداخل ، مثل درجات السلم ، في أزواج ترتبط الأزواج ببعضها البعض بواسطة روابط هيدروجينية. يتم فصل كل زوج أساسي في اللولب المزدوج عن الزوج الأساسي التالي بمقدار 0.34 نانومتر.

يعمل شريطا اللولب في اتجاهين متعاكسين ، مما يعني أن الطرف المكون من 5-كربون لخيط واحد سيواجه نهاية 3-كربون من الخيط المطابق. (يشار إلى هذا باسم التوجه المضاد وهو مهم لتكرار الحمض النووي وفي العديد من تفاعلات الحمض النووي.)

يُسمح فقط بأنواع معينة من الاقتران الأساسي. على سبيل المثال ، يمكن أن يقترن بورين معين فقط مع بيريميدين معين. هذا يعني أنه يمكن أن يقترن A مع T ، ويمكن أن يقترن G مع C ، كما هو موضح في الشكل 3. وهذا ما يعرف بالقاعدة التكميلية الأساسية. وبعبارة أخرى ، فإن خيوط الحمض النووي مكملة لبعضها البعض. إذا كان تسلسل حبلا واحد هو AATTGGCC ، فإن الخيط التكميلي سيكون له تسلسل TTAACCGG. أثناء تكرار الحمض النووي ، يتم نسخ كل خيط ، مما ينتج عنه حلزون مزدوج للحمض النووي ابنة يحتوي على خيط DNA للوالدين وخيط مركب حديثًا.

سؤال الممارسة

الشكل 3. في جزيء DNA المزدوج المجدول ، يعمل الخيطان بشكل معاكس لبعضهما البعض بحيث يمتد أحدهما من 5 إلى 3 والآخر 3 إلى 5. يقع العمود الفقري للفوسفات في الخارج ، والقواعد في المنتصف. يشكل الأدينين روابط هيدروجينية (أو أزواج قاعدية) مع الثايمين ، وأزواج قاعدة الجوانين مع السيتوزين.

تحدث طفرة ، ويتم استبدال السيتوزين بالأدينين. ما هو تأثير ذلك في اعتقادك على بنية الحمض النووي؟

يشارك الحمض النووي الريبي ، أو RNA ، بشكل أساسي في عملية تخليق البروتين تحت إشراف الحمض النووي. عادة ما يكون الحمض النووي الريبي أحادي الجديلة ويتكون من ريبونوكليوتيدات مرتبطة بروابط الفوسفوديستر. يحتوي الريبونوكليوتيد في سلسلة الحمض النووي الريبي على ريبوز (سكر البنتوز) ، وهو أحد القواعد النيتروجينية الأربعة (A ، U ، G ، C) ومجموعة الفوسفات.

هناك أربعة أنواع رئيسية من الرنا: الرنا المرسال (الرنا) ، الرنا الريبوزومي (الرنا) ، الرنا الناقل (الرنا) ، الرنا المجهري (الميرنا). الأول ، mRNA ، يحمل الرسالة من الحمض النووي ، الذي يتحكم في جميع الأنشطة الخلوية في الخلية. إذا كانت الخلية تتطلب بروتينًا معينًا ليتم تصنيعه ، يتم تشغيل الجين الخاص بهذا المنتج & # 8220on & # 8221 ويتم تصنيع الحمض النووي الريبي المرسال في النواة. تسلسل قاعدة الحمض النووي الريبي مكمل لتسلسل تشفير الحمض النووي الذي تم نسخه منه. ومع ذلك ، في RNA ، القاعدة T غائبة و U موجودة بدلاً من ذلك. إذا كان حبلا DNA يحتوي على تسلسل AATTGCGC ، فإن تسلسل الحمض النووي الريبي التكميلي هو UUAACGCG. في السيتوبلازم ، يتفاعل الرنا المرسال مع الريبوسومات والآلات الخلوية الأخرى (الشكل 4).

الشكل 4. يتكون الريبوسوم من جزأين: وحدة فرعية كبيرة ووحدة فرعية صغيرة. يقع mRNA بين الوحدتين الفرعيتين. يتعرف جزيء الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) على كودون على الرنا المرسال ، ويرتبط به عن طريق الاقتران الأساسي التكميلي ، ويضيف الحمض الأميني الصحيح إلى سلسلة الببتيد النامية.

تتم قراءة الرنا المرسال في مجموعات من ثلاث قواعد تعرف باسم الكودونات. يرمز كل كودون لحمض أميني واحد. بهذه الطريقة ، يتم قراءة mRNA ويتم تصنيع منتج البروتين. الرنا الريبوسومي (الرنا الريباسي) هو مكون رئيسي للريبوسومات التي يرتبط بها الرنا المرسال. يضمن الرنا الريباسي المحاذاة الصحيحة للـ mRNA والريبوسومات ، كما أن الرنا الريباسي للريبوسوم له نشاط إنزيمي (peptidyl transferase) ويحفز تكوين روابط الببتيد بين اثنين من الأحماض الأمينية المتوافقة. RNA الناقل (tRNA) هو واحد من أصغر الأنواع الأربعة من الحمض النووي الريبي ، وعادة ما يكون بطول 70-90 نيوكليوتيد. يحمل الحمض الأميني الصحيح إلى موقع تخليق البروتين. إن الاقتران الأساسي بين الحمض الريبي النووي النقال و الرنا المرسال هو الذي يسمح بإدخال الحمض الأميني الصحيح في سلسلة البولي ببتيد. microRNAs هي أصغر جزيئات RNA وينطوي دورها على تنظيم التعبير الجيني عن طريق التدخل في التعبير عن بعض رسائل mRNA.


ما هو العلاج Rna

تعتمد على تقنية RNA mRNA الرسول الجديدة المغلفة بالدهون. لقاح DNA أو RNA نفس الهدف مثل اللقاحات التقليدية لكنها تعمل بشكل مختلف قليلاً.

علاجات الحمض النووي الريبي الصغيرة للتليف الكيسي التليف الكيسي مقالات علمية ثانوية

يستخدم الحمض النووي الريبي والحمض النووي أحيانًا كدواء.

ما هو علاج rna. من خلال تصحيح الخطأ ، يمكن استخدام الحمض النووي الريبي لتكوين البروتين الذي تحتاجه الخلية لإزالة السبب الكامن وراء المرض. وإذا كان مجرد علاج لا يمنع العدوى ولا انتقالها في الحقيقة ، فليس أفضل من أي من العلاجات الأخرى المنتشرة مثل Ivermection ZincVit DHCQVit C HBOTozone وما إلى ذلك. ما يفعله هذا العلاج الجيني أو الجهاز الطبي هو الإصابة بأمراض المناعة الذاتية بشكل مزمن.

بمعنى آخر ، إنه علاج جيني لم يتم استخدامه من قبل في البشر. تستخدم علاجات الحمض النووي الريبي (RNA) التي تستهدف البروتينات نوعًا من الجزيء يُعرف باسم Aptamer RNA. يأخذ الناس الحمض النووي الريبي (RNA) والحمض النووي (DNA) لظروف مثل مشاكل المعدة والأمعاء ذات الأداء الرياضي ومشاكل الجهاز المناعي والشيخوخة.

الحساسية المفرطة في الموجة الأولى. على عكس العلاج الجيني الذي يوفر DNA جديدًا للخلايا ، فإن العلاج RNA يعدل أو يوفر الحمض النووي الريبي RNA لخلايا المرضى. لذلك فإن اللقاح المعتمد على الحمض النووي الريبي يعمل كرمز لإرشاد الجسم لعمل نسخ عديدة من بروتين الفيروس والأجسام المضادة الناتجة مما يؤدي إلى استجابة مناعية.

تقييم فعالية اللقاحات خارج نطاق هذا التقرير. الغرض من هذا الدليل الإرشادي هو تحديد وتلخيص الأدلة عالية المستوى على سلامة لقاحات mRNA. ستجعل مثل هذه التقنيات العلاج الجيني أقل صعوبة بكثير. غالبًا ما تخلط مضادات الفاكسات بين الحمض النووي الريبي والحمض النووي والعكس بالعكس لا تدرك أنه على الرغم من أن كلا الجزيئين يحتويان على المعلومات الجينية اللازمة للخلية لصنع البروتين ، إلا أنهما مع ذلك شديدتا الأهمية.

بدلاً من حقن شكل ضعيف من الفيروسات أو البكتيريا في لقاحات الحمض النووي والحمض النووي الريبي في الجسم ، تستخدم لقاحات الحمض النووي الريبي والفيروسي جزءًا من الجينات الخاصة بالفيروس لتحفيز الاستجابة المناعية. على عكس اللقاحات التقليدية ، فإن اللقاحات القائمة على الحمض النووي الريبي مفيدة أيضًا. كيف يعمل علاج الحمض النووي الريبي. لماذا التركيز على علاجات الحمض النووي الريبي.

تم تصميم الجزيء ليرتبط بموقع معين على بروتين معين لتعديل وظيفته. تعتمد علاجات تداخل الحمض النووي الريبي (RNA) على عملية طبيعية يمكن من خلالها لتسلسلات الحمض النووي الريبي أن تمنع تعبير الحمض النووي إلى بروتين. تم نشر مقال بعنوان تعديل m6A RNA كلاعب جديد في تنظيم R-loop بواسطة مجموعة أبحاث Dynamic Gene Regulation بقيادة Arne Klungland في IMB.

على الرغم من الشعبية الهائلة لتقنيات تحرير الجينات مثل كريسبر ، فإن التطورات الجديدة في علاج الحمض النووي الريبي (RNA) تستعد لمعالجة بعض قيودها الخطيرة. لقد أصبح من الواضح بشكل متزايد أن ملامح الحمض النووي الريبي الفريدة داخل السرطانات الفردية قد تلعب دورًا رئيسيًا في تحديد بيولوجيا السرطان واستجابته للعلاج ، كما يقول موري ماركمان ، رئيس قسم علوم الطب لمراكز علاج السرطان في أمريكا CTCA. لقاحات MRNA المستخدمة للأغراض العلاجية مثل تلك المستخدمة في السرطان.

تم تصميم علاج RNA لتصحيح الخطأ أو الطفرة في RNA لشخص مصاب بمرض وراثي. لاحظ التكافؤ الخاطئ. رد فعل الحساسية المفرطة في الموجة الثانية.

قد يصحح نظام توصيل الجينات القائم على الببتيد ذاتي التجميع يومًا ما طفرات الحمض النووي للميتوكوندريا التي تحت العلاج الجيني Mitochondrial Mitochondrial Dna

يمكن أن يكون العلاج الجيني بالخلايا الجذعية مفتاحًا للتكنولوجيا الحيوية للعلاج الجيني Dmd

الشكل 3 العلاج الجيني لنقص المناعة الشديد المشترك العلاج الجيني علم المناعة تخليق البروتين

يقرأ Rna Polymerase المعلومات الجينية من حبلا Dna ويترجمها إلى نشاط حيوي Messenger Rna Mo ، Rna Polymerase Genetic Counselling

فهم تيلوميراز Rna Telomeres لمكافحة الشيخوخة

دبوس على Histoire Femme Hors Quebec

مقارنة بين استراتيجيات إسكات الجينات. المعلومات الجينية للتعبير الجيني. العلاج الجيني

دبوس على رسومات الوسائط الاجتماعية

Rna and Protein Synthesis Protein Synthesis Protein Activity Dna Synthesis Dna Synthesis

نتيجة الصورة لـ Crispr Cas9 مخطط مرح العلوم العلاج الجيني الكيمياء الحيوية

يظهر علاج RNA الكروي وعدًا ضد الصدفية في أول تجربة بشرية لمرض الصدفية أول علاج جيني للإنسان

دبوس على الصحة والطب المصور


علم الأحياء MCAT

علم الأحياء هو الموضوع رقم 1 الأكثر اختبارًا في MCAT. أتقن كل ذلك ، بشكل أسرع ، مع Brainscape.

  • بطاقات فلاش برعاية الخبراء
  • دراسة على الهواتف والأجهزة اللوحية والويب
  • تتبع التعلم الخاص بك
  • ادرس مع الأصدقاء

وصف

سواء كنت تدرس لعدة أشهر أو بدأت للتو في التفكير في MCAT ، ستلاحظ شيئًا واحدًا: الاختبار الجديد يحتوي على الكثير من علم الأحياء! في الواقع ، تعد bio الموضوع العلمي الوحيد الذي يظهر في أقسام العلوم الثلاثة في MCAT.

من الاختلافات بين الألدوستيرون و ADH إلى الأسئلة التمثيلية لـ Hardy-Weinberg إلى التطور الجنيني ، سيوفر لك هذا الموضوع معرفة المحتوى اللازمة للحصول على أعلى الدرجات - أسرع من أي طريقة دراسة أخرى موجودة.

لقطات

الدروس في هذا الفصل

لا يتطلب MCAT معرفة أساسية بوظيفة الجهاز التنفسي فحسب ، بل إنه يربطها أيضًا باستمرار بأنظمة أخرى من خلال مفاهيم مثل عازلة البيكربونات ، وتقارب الهيموجلوبين للأكسجين ، والدور المناعي للجهاز التنفسي. استخدم هذه البطاقات لإتقان الجهاز التنفسي ، وكذلك الجلد وأنواع الأنسجة الظهارية الأخرى.

من الموصل العصبي العضلي إلى دور الكالسيوم في تقلص العضلات الملساء ، استخدم هذه البطاقات لإتقان أنظمة العضلات والهيكل العظمي كما تظهر على MCAT.

من البيبسين والتريبسين إلى دور اللاكتيل ، استخدم هذه البطاقات لإتقان الجهاز الهضمي كما تم اختباره في قسم الأسس البيولوجية والكيميائية الحيوية في MCAT.

دائمًا ما يكون المفضل لدى صانعي اختبار MCAT ، يمكن أن يكون نظام الإخراج أيضًا مصدرًا رئيسيًا للارتباك. استخدم هذه البطاقات لإتقان عملية الترشيح وإعادة الامتصاص والإفراز ، بالإضافة إلى مشاركة الهرمونات وتعقيد حلقة Henle.

مع زيادة تركيز MCAT الجديد على علم الأحياء ، أصبح فهم نظام الدورة الدموية مهمًا بشكل خاص.استخدم هذه البطاقات لإتقان مفضلات MCAT مثل مخزن الدم وتأثير بوهر ، كما تظهر في قسم الأسس البيولوجية والكيميائية الحيوية.

هل تواجه صعوبة في تذكر الفرق بين الانتقاء الطبيعي الاتجاهي والتخريبي؟ لا يمكن أن نتذكر تماما تعريف الانجراف الجيني؟ استخدم هذه البطاقات لإتقان التطور كما تم اختباره في قسم الأسس البيولوجية والكيميائية الحيوية في MCAT.

يعد تصنيع الحمض النووي والحمض النووي الريبي والبروتين موضوعًا رئيسيًا في كل من علم الأحياء والكيمياء الحيوية. باستخدام هذه البطاقات ، يمكنك إتقان معرفة المحتوى المطلوبة للهجوم على سؤال معقد أو فهم مقطع كثيف قائم على التجربة.

مع التركيز البيولوجي لـ MCAT الجديد ، يعد فهم الخلايا حقيقية النواة أمرًا حيويًا بشكل خاص. استخدم هذه البطاقات للتعرف على الأنابيب الدقيقة والألياف الدقيقة ومراحل الانقسام الفتيلي وأنواع النقل الغشائي المختلفة. لتحسين الممارسة ، فكر في كيفية ارتباط هذه المفاهيم بموضوعات الحياة الواقعية مثل السرطان وشيخوخة الإنسان.

ما هو الفرق بين الاقتران والتحويل والتنقل؟ ماذا يعني عندما نقول أن بدائيات النوى متعددة النوى؟ أتقن هذه الموضوعات وأكثر من ذلك بكثير ، واكتسب الثقة التي تحتاجها لقسم الأسس البيولوجية والكيميائية الحيوية في MCAT.

مواضيع مثل إمكانات العمل والفرق بين النشاط السمبثاوي والباراسمبثاوي هي المفضلة الدائمة لصانعي اختبار MCAT. استخدم هذه البطاقات لإتقان هذه المفاهيم حيث تم اختبارها في قسم الأسس البيولوجية والكيميائية الحيوية.

يتطلب MCAT فهمًا عميقًا للهرمونات ، بدءًا من الفرق بين الببتيدات والستيرويدات إلى تأثيرها على أنظمة الأعضاء الأخرى. استخدم هذه البطاقات لإتقان أعضاء الغدد الصماء ، والهرمونات المحددة ، والتفاعلات المعقدة ذات الصلة.

الأجسام المضادة ، المستضدات ، الضامة ، الوحيدات ، العدلات ... نظام المناعة معقد ، لكن فهم مكوناته ضروري للعديد من أسئلة ومقاطع MCAT. يغطي هذا العرض جميع هذه الموضوعات ، بالإضافة إلى المفاهيم المعقدة مثل الانتقاء النسيلي وعمليات نقل الدم. استخدم هذه البطاقات لإتقان الجهاز اللمفاوي والجهاز المناعي كما تم اختباره في اختبار MCAT.

ما هو الفرق بين متعدد القدرات ، وكامل القدرات ، ومتعدد القدرات؟ كيف يمكنك ربط الحيوانات المنوية ، والخلايا المنوية الأولية ، والحيوان المنوي؟ استخدم هذه البطاقات لمعرفة كيفية اتصال كل هذه الموضوعات ، ويمكنك إتقان الاستنساخ والتطوير كما تم اختباره في MCAT.

هل تشعر بالصدأ قليلاً مع معادلة هاردي واينبرغ؟ هل تواجه مشكلة في تذكر الفرق بين الهيمنة غير المكتملة و السيادة المشتركة؟ استخدم هذه البطاقات لإتقان علم الوراثة المندلية كما تظهر في قسم الأسس البيولوجية والكيميائية الحيوية.


الفرق الوظيفي بين DNA مقابل RNA:

تتمثل الوظيفة الرئيسية للحمض النووي في تخزين المعلومات ونقلها من جيل إلى جيل آخر في المجتمع. لهذا الحمض النووي يتكاثر- يتضاعف ويورث للخلايا الوليدة.

لذلك موروث من جيل إلى جيل.

على الجانب الآخر ، فإن وظيفة الحمض النووي الريبي هي تكوين بروتين.

في الواقع ، RNA يجمع معلومات الترميز من الحمض النووي من خلال النسخ ويترجمها إلى سلسلة من الأحماض الأمينية. (سلسلة طويلة من الأحماض الأمينية- سلسلة بولي ببتيد تنتج البروتين).

على أساس ذلك ، هناك فرق آخر بين الاثنين وهو:

"الحمض النووي يتكاثر ذاتيًا بينما يتم تصنيع الحمض النووي الريبي من الحمض النووي فقط عند الحاجة إليه."

أنواع مختلفة من الحمض النووي:

الحمض النووي في الطبيعة ، يوجد في خمسة أشكال مختلفة - A-DNA و B-DNA و C-DNA و D-DNA و Z-DNA.

يوجد الحمض النووي من النوع B في جميع الكائنات الحية تقريبًا والأكثر انتشارًا في الطبيعة. إنه حمض نووي أيمن مع أخدود رئيسي وثانوي. لديها 10.5 أزواج أساسية لكل منعطف حلزوني.

الحمض النووي ذو الشكل A هو أيضًا يمين ولكن اللولب أوسع من الحمض النووي من النوع B. يحتوي على أخدود رئيسي وثانوي ويحتوي على 11 زوجًا أساسيًا لكل منعطف حلزوني.

الحمض النووي ذو الشكل Z أعسر ولا يحتوي على أخدود رئيسي فيه. يحتوي على 12 زوجًا أساسيًا لكل دورة حلزونية.

الحمض النووي ذو الشكل C هو متغيرات نادرة جدًا بها 9.33 زوجًا قاعديًا لكل منعطف حلزوني. حتى ، شكل D نادر للغاية.

أنواع مختلفة من الحمض النووي الريبي (RNA):

مرنا: يقوم الرنا المرسال بتشفير الأحماض الأمينية لإنشاء سلسلة بولي ببتيد.

الحمض الريبي النووي النقال: يساعد نقل الحمض النووي الريبي في نقل الحمض الأميني إلى موقع الترجمة من الآن فصاعدًا ، في السيتوبلازم في الريبوسوم.

الرنا الريباسي: الحمض النووي الريبي الريبوسومي السيتوبلازمي هو أحد مكونات الريبوسوم اللازمة لتخليق البروتين.

توضيح رسومي لعملية النسخ والترجمة. يتم تشكيل mRNA من الحمض النووي من خلال النسخ بينما تترجم سلسلة من الأحماض الأمينية من الحمض النووي الريبي.

رنا أصغر أخرى: توجد أيضًا أجزاء أصغر أخرى من الرنا المزدوج الجديلة تسمى microRNA و siRNA في الخلية.

عدة اختلافات أخرى:

"الحالة القلوية أكثر ملاءمة للحمض النووي من الآن فصاعدًا ، يكون الحمض النووي أكثر استقرارًا في حالة القلوية بينما الحمض النووي الريبي ليس كذلك."

يتكون الحمض النووي من عزبة وأخدود ثانوي ، ولا يسمح الأخدود الصغير بربط الإنزيم ، لذلك من الصعب جدًا على نوكلياز الارتباط بالحمض النووي وتدميره.

على عكس ذلك ، فإن الحمض النووي الريبي (RNA) أحادي الخيط ولا يحتوي على بنية أخدود ثانوي ، ويمكن للنوكلياز مهاجمته بسهولة وتدميره.

ومع ذلك ، يحدث تكسير الحمض النووي الريبي وإعادة تركيبه باستمرار في الخلية ، أسرع من الحمض النووي.

"الحمض النووي أقل تفاعلًا بسبب الاستقرار الذي توفره روابط C-H الخاصة بـ deoxyribose بينما يكون RNA أكثر تفاعلًا بسبب روابط O-H للريبوز."

يحمل الجينوم المكون من الدنا بعض الدنا الميثلي أيضًا الذي لا يستطيع التعبير عنه. على الجانب الآخر ، لا يتم ميثلة أي من الحمض النووي الريبي. "

الفرق المهم الآخر بين DNA و RNA هو القابلية للأشعة فوق البنفسجية.

الأشعة فوق البنفسجية - الأشعة فوق البنفسجية هي واحدة من الأنواع الشائعة من المطفرات الطبيعية التي تدمر الحمض النووي لدينا.

الأشعة فوق البنفسجية المطفرة تدمر الحمض النووي لدينا وتسبب طفرات جينية. الحمض النووي أكثر عرضة لتلف الأشعة فوق البنفسجية بينما الحمض النووي الريبي مقاوم للأشعة فوق البنفسجية نسبيًا.

توضيح رسومي للاختلافات الرئيسية بين DNA و RNA.

اكثر…

الحمض النووي مزدوج الشريطة وأطول بينما يكون الحمض النووي الريبي أقصر وذو شريطة واحدة ، وبالتالي فإن الحمض النووي الريبي يهاجر فوق الحمض النووي في هلام. إذا رأيت مسحة فوق شريط الحمض النووي في مادة هلامية ، فإن الحمض النووي الخاص بك ملوث بالحمض النووي الريبي.

يعد استخراج الحمض النووي أسهل من RNA RNase الموجود في كل مكان حتى على أيدينا وعلى أدوات أخرى ، وبالتالي يمكن بسهولة تكسير الحمض النووي الريبي أو تدميره أثناء العزلة.

مطلوب خطوة إضافية للنسخ العكسي أثناء تسلسل الحمض النووي الريبي ولكن ليس في تسلسل الحمض النووي. يتم نسخ الحمض النووي الريبي المستخرج أولاً إلى cDNA ثم معالجته للتسلسل.

هذه بعض الاختلافات التي يجب أن تعرفها عن DNA و RNA. الآن دعونا نتحدث عن أوجه التشابه.


ما هو تفاعل البوليميراز المتسلسل؟

تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR) هو عبارة عن تفاعل في المختبر تقنية تضخيم الحمض النووي التي يتم إجراؤها بشكل روتيني في المختبرات البيولوجية الجزيئية. مكنت هذه الطريقة من إنتاج آلاف إلى ملايين النسخ من جزء من الحمض النووي المهتم بشكل خاص. تم تقديم PCR بواسطة Kary Mullis في عام 1980. في هذه التقنية ، يتم استخدام الجزء المهتم من DNA كقالب لعمل النسخ. يستخدم الإنزيم المسمى Taq polymerase باعتباره إنزيم DNA polymerase ، وسيحفز تخليق خيوط جديدة من جزء DNA. ستعمل البادئات الموجودة في خليط PCR كنقاط انطلاق لملحقات الأجزاء. في نهاية تفاعل تفاعل البوليميراز المتسلسل ، يمكن الحصول على نسخ عديدة من عينة الحمض النووي.

يتم تضمين جميع المكونات الضرورية لعمل نسخ من الحمض النووي في خليط PCR. وهي عبارة عن عينة من الحمض النووي ، وبوليميراز الحمض النووي (بوليميراز طاق) ، والبادئات (البادئات الأمامية والعكسية) ، والنيوكليوتيدات (اللبنات الأساسية للحمض النووي) والمخزن. يتم تشغيل تفاعل PCR في جهاز PCR ، ويجب تغذيته بخليط PCR الصحيح وبرنامج PCR الصحيح. إذا كان خليط التفاعل والبرنامج صحيحين ، فإنه سينتج الكمية المطلوبة من نسخ قسم معين من الحمض النووي من كمية صغيرة جدًا من الحمض النووي.

هناك ثلاث خطوات رئيسية متضمنة في تفاعل تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) وهي تمسخ التشبع ، التلدين التمهيدي وتمديد حبلا. تحدث هذه الخطوات الثلاث في ثلاث درجات حرارة مختلفة. يوجد الحمض النووي على شكل حلزون مزدوج تقطعت به السبل. يتم ربط خيطين بواسطة روابط هيدروجينية. قبل التضخيم ، يتم فصل الحمض النووي مزدوج الشريطة بإعطاء درجة حرارة عالية. عند درجة حرارة عالية ، يتم تغيير طبيعة الحمض النووي مزدوج الشريطة إلى خيوط مفردة. ثم تصلب البادئات مع الأطراف المرافقة للجزء المهتم أو جين الحمض النووي. التمهيدي هو قطعة قصيرة من الحمض النووي أحادي السلسلة مكمل لنهايات التسلسل المستهدف. تلدين البادئات الأمامية والعكسية مع القواعد التكميلية في الأطراف المحيطة لعينة الحمض النووي المشوه عند درجة حرارة التلدين.

عندما يتم تلدين البادئات بالحمض النووي ، يبدأ إنزيم Taq polymerase تخليق الخيوط الجديدة عن طريق إضافة نيوكليوتيدات مكملة لقالب الحمض النووي. طاق بوليميراز هو إنزيم مستقر للحرارة يتم عزله من بكتيريا محبة للحرارة تسمى ثيرموس أكواتيكوس. يحافظ محلول PCR المؤقت على الظروف المثلى لعمل بوليميراز Taq. يتم تكرار هذه المراحل الثلاث من تفاعل تفاعل البوليميراز المتسلسل لإنتاج الكمية المطلوبة من منتج تفاعل البوليميراز المتسلسل. في كل تفاعل PCR ، يتضاعف عدد نسخة DNA. ومن ثم ، يمكن ملاحظة تضخيم أسي في تفاعل البوليميراز المتسلسل. يمكن ملاحظة منتج PCR باستخدام الفصل الكهربائي للهلام لأنه ينتج كمية مرئية من الحمض النووي على مادة هلامية ويمكن تنقيته لإجراء مزيد من الدراسات مثل التسلسل وما إلى ذلك.

الشكل 01: PCR

PCR هو أداة قيمة في البحوث الطبية والبيولوجية. لا سيما في دراسات الطب الشرعي ، فإن تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) له قيمة هائلة لأنه يمكنه تضخيم الحمض النووي للدراسات من العينات الصغيرة للمجرمين وإنشاء ملفات تعريف الحمض النووي الخاصة بالطب الشرعي. يستخدم PCR على نطاق واسع في العديد من مجالات البيولوجيا الجزيئية بما في ذلك التنميط الجيني واستنساخ الجينات واكتشاف الطفرات وتسلسل الحمض النووي والمصفوفات الدقيقة للحمض النووي واختبار الأبوة وما إلى ذلك.


Epitranscriptomics: كود RNA الجديد والعرق لتخديره

بشرت مجموعة صغيرة من العلماء الذين يدرسون التعديلات الكيميائية على الحمض النووي الريبي في مجال علم النسخ اللاصق. الآن يأملون في أن تخلق طريقة جديدة تمامًا لعلاج السرطان

بواسطة ريان كروس, أخبار الهندسة الكيميائية والأمبير، 18 فبراير 2019

لا يواجه مستثمر في مجال التكنولوجيا الحيوية كل يوم مجالًا جديدًا تمامًا من العلوم. وبصراحة ، لم يكن كارلو ريزوتو حتى يبحث عن شيء من هذا القبيل. عندما شرع Rizzuto ، الشريك في شركة رأس المال الاستثماري Versant Ventures ، في رحلة استكشافية إلى مدينة نيويورك في عام 2014 ، كان يأمل ببساطة في اكتشاف البحث الأكاديمي الذي كان ناضجًا بما يكفي لتشكيل الأساس لشركة التكنولوجيا الحيوية.

كان لريزوتو موعد مع سامي جافري ، عالم الحمض النووي الريبي في طب وايل كورنيل. يوصف الحمض النووي الريبي (RNA) غالبًا بأنه ابن عم الحمض النووي - المادة التي تتكون منها جيناتنا. نوع واحد من RNA ، يسمى messenger RNA ، يعمل كرمز وسيط تستخدمه الخلايا لنقل المعلومات المخزنة في الحمض النووي إلى مجموعة من التعليمات التي يمكن للخلايا قراءتها بسهولة لصنع البروتينات.

بعد أن رفض Rizzuto العديد من مشاريعه ، ذكر Jaffrey خطًا صغيرًا نسبيًا من العمل يركز على دراسة التعديلات الكيميائية على RNA. في عام 2012 ، ابتكر مختبره طريقة لرسم خريطة موقع مجموعات الميثيل التي ، لسبب ما ، كانت الخلايا تضيفها إلى الرنا المرسال الخاص بها. كان يذكرنا بمجال آخر ، يسمى علم التخلق ، أو دراسة التعديلات الكيميائية التي تم إجراؤها على الحمض النووي لتشغيل الجينات أو إيقاف تشغيلها. يُطلق على كامل الحمض النووي الريبي في الخلية اسم الترنسكريبتوم ، لذلك أطلق جفري على الحقل الجديد اسم "الترانسكريبتوميكس".

انتعش Rizzuto. قال "هذا شيء سنكون مهتمين به للغاية".يشرح سامي جافري ، أستاذ علم العقاقير في طب وايل كورنيل وأحد مؤسسي جوثام ثيرابيوتكس ، تعديل m6A على الحمض النووي الريبي. Jaffrey & # 8217s lab اخترع تقنية لرسم خريطة موقع m6A على RNA.

كان جافري مترددًا. يتذكر الشرح: "نحن نقوم بالأشياء الأساسية الآن". كان معمله وآخرون يحاولون اكتشاف كيفية عمل نظام تعديل الحمض النووي الريبي. كانوا يبنون أدلة تشير إلى أن الإنزيمات تضيف علامات الميثيل هذه وتزيلها للسيطرة على مصير الرنا المرسال ، وبالتالي إنتاج البروتين ، ولكن ظلت هناك أسئلة كثيرة. ناشد جافري: "كارلو ، ما هو المرض الذي سنعالجه إذا أنشأنا شركة حول علم النسخ اللاصق؟"

أجاب ريزوتو: "لا يهم". "هذا أمر محوري جدًا في البيولوجيا الجزيئية ويجب أن يكون مرتبطًا بعمليات المرض الأساسية."

ثم بدأ الواقع. شركات رأس المال الاستثماري مثل Rizzuto ليست في مجال تمويل سنوات من البحث الأساسي فقط لمعرفة ما إذا كان شيء مثل epitranscriptomics متورطًا في المرض. يتذكر ريزوتو قائلاً: "كنا نبحث عن نموذج جديد لتنظيم التعبير الجيني" ، ولكن كان من السابق لأوانه إنشاء شركة. وافق هو وجفري على البقاء على اتصال.

منذ ذلك الحين ، تغلغل حماس Rizzuto في عام 2014 بين العلماء والمستثمرين الذين يتعلمون عن علم النسخ اللاصق. أظهرت العديد من المجموعات ، بما في ذلك مجموعة Jaffrey ، أن الشفرة النسخية - عدد وموقع التعديلات الكيميائية عبر الحمض النووي الريبي للخلية - خارجة عن السيطرة في بعض أنواع السرطان. ومع توفر الأدوات الأساسية لقراءة هذه الطبقة المخفية سابقًا من المعلومات في الخلايا ، فإن شركات التكنولوجيا الحيوية تعمل الآن على تعديلها. أطلقت ثلاث شركات ناشئة ، بما في ذلك شركة ساعد جفري وريزوتو في تأسيسها ، تدعى Gotham Therapeutics ، بأكثر من 110 ملايين دولار في المجمل مخصصة لاكتشاف العقاقير الوراثية.

كان هناك رد فعل مشابه لعلم التخلق الوراثي منذ أكثر من عقد من الزمان ، عندما أصبح واضحًا أن التعديلات الكيميائية التي تنظم الجينات غالبًا ما تكون خارج نطاق السيطرة في السرطان. سارعت الشركات إلى تطوير عقاقير ضد البروتينات المسؤولة عن إجراء التعديلات الكيميائية على الجينات وإزالتها والتعرف عليها ، وغالبًا ما يشار إليها بالبروتينات الكاتب والممحاة والقارئ. مع اكتشاف بروتينات الكاتب والممحاة والقارئ المتوازية التي تعمل على الحمض النووي الريبي (RNA) ، فإن علم الترانسكريبتوميكس يبدو كمنطقة واعدة غير مستغلة لاكتشاف الأدوية.

ولكن هناك تشابه آخر لعلم التخلق وهو أقل تفاؤلاً: حتى الآن ، كانت الأدوية اللاجينية مخيبة للآمال. يقول تشوان هي ، أستاذ الكيمياء في جامعة شيكاغو: "تبين أن علم التخلق أكثر تعقيدًا بكثير مما كان يعتقده المجتمع في الأصل".

لقد كان هو ، المؤسس العلمي لشركة Accent Therapeutics المتخصصة في علم النسخ اللاصق ، في طليعة تطوير الدراسة الجديدة لتعديلات الحمض النووي الريبي ودورها في المرض. هو وجافري وكثيرون غيرهم واثقون من أن فهم تعديلات الحمض النووي الريبي والتحكم فيها سيوفران طرقًا جديدة تمامًا لعلاج المرض. يقول: "ما يقدمه هذا حقًا هو علم أحياء جديد تمامًا". "وكلما ظهرت بيولوجيا جديدة ، توجد دائمًا فرص للعلاج".

كتابات الكتابة ، مختصرة

أدت سلسلة من الاكتشافات والتطورات التقنية على مدى العقد الماضي إلى ظهور مجال جديد يسمى epitranscriptomics ، ودراسة التعديلات الكيميائية على RNA ، والبروتينات التي تكتب هذه التعديلات وتمحوها وتقرأها. في السنوات الأخيرة ، أدت الدراسات التي تشير إلى تورط البروتينات فوق الصوتية في السرطان إلى إطلاق ثلاث شركات للتكنولوجيا الحيوية مكرسة لتخدير هذه البروتينات.

مايو 2008: يوضح روبرت فراي أن إنزيم إضافة الميثيل ضروري لنمو النبات. تلهم الدراسة الآخرين للنظر في تعديلات الحمض النووي الريبي.

نوفمبر 2010: يقترح تشوان هي مجالًا جديدًا من علم التخلق المتوالي للحمض النووي الريبي ، مما يشير إلى أنه يمكن إزالة تعديلات الميثيل على الحمض النووي الريبي.

أكتوبر 2011: يثبت مختبر Chuan He أن إنزيمًا يسمى FTO يمحو تعديلات الميثيل على RNA.

أبريل ومايو 2012: تنشر مختبرات جدعون رخافي (أبريل) وسامي جافري (مايو) الخرائط الأولى لتعديلات ميثيل الحمض النووي الريبي. يعمد جافري إلى كتابة كلمة "epitranscriptomics".

أكتوبر 2014: يوضح مختبر Howard Chang أن METTL3 ، الذي يضيف مجموعات الميثيل إلى الحمض النووي الريبي (RNA) ، أمر بالغ الأهمية لتطوير الخلايا الجذعية الجنينية وتمايزها.

حزيران (يونيو) 2016: جمعت Storm Therapeutics ، التي أسسها علماء جامعة كامبريدج توني كوزاريدس وإريك ميسكا ، 16 مليون دولار لبروتينات الأدوية التي تُجري تعديلات على الحمض النووي الريبي.

سبتمبر ونوفمبر 2017: أظهرت دراسات مستقلة من Samie Jaffrey وزملاؤه (سبتمبر) وتوني كوزاريدس وزملاؤه (نوفمبر) أن METTL3 يرتفع في ابيضاض الدم النخاعي الحاد وأن قمع الإنزيم يجبر الخلايا السرطانية على أن تصبح غير سرطانية.

مايو 2018: جمعت شركة Accent Therapeutics ، التي أسسها Chuan He و Howard Chang و Robert Copeland ، 40 مليون دولار.

أكتوبر 2018: تم إطلاق Gotham Therapeutics ، التي شارك في تأسيسها Samie Jaffrey ، بمبلغ 54 مليون دولار.

فبراير 2019: تظهر الأدلة على أن علم النسخ اللاصق قد يكون مهمًا للعلاج المناعي للسرطان. أظهر Chuan He أن حذف بروتين القارئ يعزز فعالية مثبطات نقاط التفتيش في الفئران.

صنع خريطة

وضعت سلسلة من الأحداث التي بدأت في عام 2008 الأساس لعلم النسخ الشفوي. في ذلك العام ، بينما كان يدرس الإنزيمات اللاجينية التي تزيل تعديلات الميثيل من الحمض النووي ، بدأ هو وعالم الأحياء بجامعة شيكاغو تاو بان الشك في أن كل هذه الإنزيمات تعمل حقًا على الحمض النووي كما افترض الآخرون. كان الدليل مهتزًا بشكل خاص بالنسبة لإنزيم واحد يسمى كتلة الدهون والبروتين المرتبط بالسمنة ، أو FTO.

لكن دراسة خرجت من مختبر عالم الأحياء النباتية روبرت فراي في جامعة نوتنغهام عززت شكوك هي وبان بأن تعديلات الحمض النووي الريبي لم يتم تقديرها بالتقدير. أظهر Fray أن النباتات التي تفتقد إلى إنزيم مضاف للميثيل - مشابه لإنزيم يسمى METTL3 في البشر - توقف عن النمو في مرحلة مبكرة معينة من تطورها.

عرف العلماء أن METTL3 وضع ميثيلًا على نيتروجين معين في الأدينوزين ، وهو أحد اللبنات الأساسية الأربعة للحمض النووي الريبي. تسمى هذه الكتلة البرمجية الإنشائية المعدلة ن 6-ميثيلادينوسين أو m6A للاختصار. بعد m6A ، قام الكيميائيون بفهرسة حوالي 150 تعديلًا كيميائيًا مختلفًا للحمض النووي الريبي في البكتيريا والنباتات والحيوانات. إذا تمكن من العثور على إنزيم يزيل مجموعات الميثيل ، فإنه يشير إلى وجود نظام تحكم RNA غير مكتشف في الخلايا ، مشابه للضوابط اللاجينية في الحمض النووي.

في عام 2010 ، صاغ عبارة "علم التخلق الوراثي RNA" في تعليق أوجز أفكاره (نات. تشيم. بيول.، DOI: 10.1038 / nchembio.482). بعد مرور عام ، نشر هي وبان دليلًا يوضح أن إنزيم FTO كان ممحاة - فقد أزال تعديلات الميثيل التي أجراها METTL3 (نات. تشيم. بيول. 2011 ، DOI: 10.1038 / nchembio.687).

يعتبر كل من METTL3 و FTO من الإنزيمات ، مما يعني أنه يجب أن يكونا واضحين جدًا لتثبيطهما باستخدام الأدوية ذات الجزيئات الصغيرة.سيتم الاستشهاد بهذه الفكرة لاحقًا من قبل شركات النسخ اللاصق الجديدة ، على الرغم من مرور عدة سنوات قبل ربط هذه الإنزيمات بالمرض.

في البداية ، فقد العديد من الباحثين أهمية هذه الإنزيمات. في وايل كورنيل ، مع ذلك ، أدرك جافري على الفور أن دراسته كانت جزءًا من حقل جديد على وشك الانفجار. كان مختبره يعمل على طريقة لاكتشاف ورسم خريطة m6A عبر mRNA للخلية. رأى جافري أيضًا عمل فراي على m6A في النباتات واعتقد أنه إذا كانت التعديلات موجودة في البشر ، فلا بد أنهم يفعلون شيئًا مهمًا فينا أيضًا.

في ذلك الوقت ، كانت طرق دراسة m6A بدائية. يمكن للباحثين اكتشاف وجود m6A في الكرات الأرضية من mRNA التي تعمل من خلال تقنيات مختبر الكيمياء الشائعة مثل اللوني أو قياس الطيف الكتلي. يقول جافري: "لكن لم تكن لديك فكرة عن أي جزيئات mRNA تم تعديلها". ويضيف أنه لا أحد يعرف ما إذا كانت جميع الرنا المرسال تحتوي على بعض m6A أو إذا تم العثور على تعديلات الميثيل في نصوص معينة فقط. "وبصراحة ، لم يكن واضحًا بشكل رهيب أن مستويات m6A قد تغيرت." هذا أمر أساسي في البيولوجيا الجزيئية ويجب أن يكون مرتبطًا بعمليات المرض الأساسية.كارلو ريزوتو شريك ، Versant Ventures

لذا طور جافري وكيت ماير ، باحثا ما بعد الدكتوراة في مختبره ، تقنية لمعرفة الحمض النووي الريبي الذي يحتوي على هذه التعديلات. استخدموا الأجسام المضادة المتوفرة تجاريًا والتي ترتبط بـ m6A لاصطياد أجزاء من mRNA البشري للتسلسل (زنزانة 2012 ، DOI: 10.1016 / j.cell.2012.05.003).

سمحت هذه التقنية بإنشاء أول خريطة لـ m6A. كانت النتائج مذهلة. يقول جافري: "اعتقدنا أن m6A سيكون في كل مكان ، نوعًا ما عشوائيًا". بدلاً من ذلك ، رأى الباحثون أن علامات الميثيل تميل إلى التجمع بالقرب من منطقة تسمى كودون الإيقاف ، وفقط على نسخ معينة من الرنا المرسال. "لقد كانت محددة للغاية ، لقد خلعت جواربنا."

كشف فحص أقرب أن العديد من mRNAs التي تحتوي على m6A كانت مرتبطة بالتمايز والتطوير ، وهي نفس الوظائف التي تأثرت في أجنة نبات Fray المتقزمة. يقول جافري: "لقد اندهشنا".

في أبريل 2012 ، بينما كان جافري وماير ينتظران نشر ورقة m6A الخاصة بهما ، نشرت مجموعة أخرى ، بقيادة جدعون ريكافي في جامعة تل أبيب ، ورقتها الخاصة حول استخدام الأجسام المضادة لرسم خريطة m6A في الفئران والخلايا البشرية (طبيعة سجية 2012 ، DOI: 10.1038 / nature11112). يقول دان دومينيسيني ، طالب الدكتوراه في مختبر Rechavi الذي قاد المشروع: "لقد قوبلت بالكثير من الشك". "لم يفهم الناس سبب أهميته. لقد استغرق النشر عامًا ".

كانت المشكلة هي أن الباحثين لم يثبتوا وجود صلة واضحة بين تعديلات الحمض النووي الريبي والمرض ، أو حتى علم الأحياء البشري الأساسي. علاوة على ذلك ، لن يحمل الحقل اسمه الخاص بالترجمة الشفوية لثلاثة أسابيع أخرى ، عندما نُشرت ورقة جافري وماير التي تصف أسلوب رسم الخرائط m6A على الإنترنت في مايو 2012. على الرغم من أن Jaffrey قد تم حصرها ، إلا أن المنشورات المتتالية وضعت النسخ الشفوية على الرادار. كان الحقل على وشك الانفجار.

تحرير الشفرة النصية

تعديل RNA الأكثر شيوعًا هو ن 6- ميثيلادينوزين (m6A) ، والذي يتم تصنيعه عندما يضيف مركب بروتين يحتوي على إنزيم "الكاتب" METTL3 مجموعة ميثيل إلى الأدينوزين. يمكن أن يزيل إنزيمان "ممحاة" مختلفان ، يسمى ALKBH5 و FTO ، مجموعة الميثيل لتحويل m6A مرة أخرى إلى أدينوزين.الائتمان: صور البروتين ALKBH5 و FTO و METTL3-METTL14 التي تم إنشاؤها باستخدام بنك بيانات البروتين وعارض NGL

البحث عن المرض

في شيكاغو ، كان يضع مختبره في طليعة أبحاث علم النسخ. اكتشفت مجموعته أن إنزيمًا يسمى ALKBH5 ، مثل FTO ، يمحو علامات الميثيل الموجودة على الحمض النووي الريبي ، ويعيد m6A إلى الأدينوزين. ومع ذلك ، حتى بحلول عام 2014 ، بعد عامين من نشر أساليب رسم الخرائط m6A ، لم تحصل علم النسخ الشفوية على التقدير أو التمويل الذي اعتقد أنها تستحقه. يقول: "اعتقد الناس أنه كان لطيفًا". "لكن علماء الأحياء لم يقتنعوا بأهميته".

أصبح علم النسخ الشفوي الآن موضوعًا ساخنًا. عندما بدأت الدراسات في الظهور في استكشاف دور تعديلات الحمض النووي الريبي ، وخاصة m6A ، في مجموعة متنوعة من الخلايا والأنواع ، بدأ المستثمرون في استثمار الأموال في هذا المجال. في يونيو 2016 ، جمعت شركة بريطانية ناشئة تدعى Storm Therapeutics مبلغ 16 مليون دولار وأصبحت أول شركة مكرسة لمعالجة الوراثة اللاجينية الجديدة للحمض النووي الريبي.

على الرغم من أن Storm كانت قيد الإعداد لعدة سنوات ، إلا أنه لم يكن من الواضح ما هي الأمراض التي ستعالجها الشركة. بدأ عالمان من جامعة كامبريدج ، هما توني كوزاريدس وإريك ميسكا ، بمناقشة فكرة الشركة في عام 2012 ، عندما نشروا عملًا على الإنزيمات الغامضة التي تعدل كيميائيًا الرنا الميكروي ، الذي ينظم وظيفة الرناوات الأخرى.

على الرغم من ارتباط الإنزيمات بالسرطان ، على الأقل في الخلايا التي تنمو في طبق ، إلا أن دراسات الـ microRNA مرت دون أن يلاحظها أحد إلى حد كبير. اعتقد كوزاريدس وميسكا أن المزيد من الروابط غير المكتشفة بين تعديلات الحمض النووي الريبي والسرطان يجب أن تكون موجودة ، لكن الأمر استغرق بضع سنوات للعثور على مستثمرين على استعداد للمراهنة على فرضيتهم. يقول كيث بلوندي ، الرئيس التنفيذي لشركة Storm: "لا أعتقد أن هناك قدرًا هائلاً من البيانات الفعلية ، كان مجرد الاعتقاد بوجوب وجودها". "فكرة أن كل هذه التعديلات الكيميائية على الحمض النووي الريبي لم يتم اختلالها أو تحورها أو تغيرها في السرطان كانت تقريبًا غير واردة."

هذا الاعتقاد ، الذي يعكس المشاعر التي عبر عنها Rizzuto من Versant Ventures في مكتب Jaffrey في عام 2014 ، كان على وشك التحقق من صحته. في النصف الثاني من عام 2016 ، بدأت الدراسات في ربط بروتينات القارئ والكاتب بالسرطان. رأى جافري الدليل مباشرة في دراسة مستمرة كان يجريها في سرطان الدم. أصبحت الآثار المترتبة على اكتشاف الأدوية واضحة. وصل إلى ريزوتو. لقد حان الوقت للمضي قدما.

شروح في الدم

كان الخيط المشترك الذي يدور في أبحاث epitranscriptomics هو ارتباطها بتمايز الخلايا وتطورها. أعطت دراسات الخلايا الجذعية التي أجراها Chang’s و Rechavi على m6A العديد من المعامل البحثية - بما في ذلك He’s و Jaffrey’s و Kouzarides - فكرة النظر في دور تعديلات الحمض النووي الريبي في سرطان الدم القاتل المسمى ابيضاض الدم النخاعي الحاد.

ابيضاض الدم هو في الأساس مرض اختلال وظيفي في التمايز. تمتلئ عظام الأشخاص الأصحاء بالخلايا الجذعية المكونة للدم التي تنتج خلايا الدم البيضاء. في اللوكيميا ، هذه الخلايا الجذعية تتعثر. تتكاثر وتحل محل خلايا الدم الأخرى لأنها لا تستطيع التمايز أو النضج إلى خلايا الدم البيضاء الطبيعية.

في كانون الأول (ديسمبر) 2016 ، أظهر مختبر He ، جنبًا إلى جنب مع العديد من المتعاونين ، أن عينات الأنسجة المأخوذة من الأشخاص المصابين بأنواع معينة من سرطان الدم النخاعي الحاد أظهرت مستويات عالية من إنزيم FTO - والذي اكتشف قبل خمس سنوات أنه ممحاة m6A (الخلايا السرطانية 2016 ، DOI: 10.1016 / j.ccell.2016.11.017). بعد بضعة أشهر ، ومع مجموعة مختلفة من المتعاونين ، أظهر أن مستويات إنزيم إزالة الميثيل ALKBH5 كانت مرتفعة في الخلايا الجذعية للورم الأرومي الدبقي (الخلايا السرطانية 2017 ، DOI: 10.1016 / j.ccell.2017.02.013).تنسب إليه: مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكيةهيكل سطح (شبكة) من RNA مزدوج (العصي) مع تعديل الميثيل لـ m6A (الكرات).

في بداية عام 2017 ، تواصل Lasky ، مستثمر Column Group ، مع He. الآن بعد أن تم ربط الإنزيمات فوق الصوتية بالسرطان ، أرادت شركة Lasky إنشاء شركة أدوية للتحكم في تعديلات الحمض النووي الريبي. مع وجود بيانات السرطان الجديدة في متناول اليد ، شعر أن الوقت قد حان.

علم المستثمرون أيضًا عن منشور في الأعمال من جفري وخبير سرطان الدم مايكل خاراس في مركز ميموريال سلون كيترينج للسرطان. عملت Column Group و Versant Ventures معًا لبعض الوقت للبدء في تشكيل شركة epitranscriptomics واحدة مع العديد من القادة الأكاديميين. لكن خلال صيف عام 2017 ، انقسم اللاعبون المختلفون إلى معسكرين. جلبت مجموعة Column Group هي و Chang كمؤسسين أكاديميين لـ Accent Therapeutics. عين Versant Ventures جافري المؤسس الأكاديمي لـ Gotham Therapeutics.

بينما كان Accent و Gotham لا يزالان في وضع التخفي ، نشر Jaffrey دراسة تظهر أن الطفرات الجينية أدت إلى مستويات ثابتة ومرتفعة من METTL3 في سرطان الدم النخاعي الحاد ، مما يمنع خلايا الدم البيضاء من التكون. من خلال تقليل مستويات METTL3 ، يمكن إقناع خلايا سرطان الدم بالخضوع للتمايز لتصبح خلايا غير سرطانية تموت في النهاية (نات. ميد. 2017 ، DOI: 10.1038 / نانومتر 4416). يقول جافري: "لقد كان أمرًا رائعًا لأننا لم نكن بحاجة حتى إلى تثبيط كامل لـ METTL3".

بعد شهرين ، نشر مختبر كوزاريدس في جامعة كامبريدج نتائج مماثلة ، مع تفاصيل إضافية حول ما كان METTL3 يفعله في هذه الخلايا (طبيعة سجية 2017 ، DOI: 10.1038 / nature24678). في سرطان الدم ، شجع ارتفاع METTL3 على إنتاج البروتينات المرتبطة بالسرطان. يقول لي بابيس ، الرئيس التنفيذي لجوثام: "إنها تغذي الخلية بالبروتينات ذاتها التي تقود عملية تكوين الأورام".

أصبح لعلم الوراثة الآن أهداف دوائية وأمراض ودراسات رفيعة المستوى. بعد تجنيد مستثمرين إضافيين ، أطلقت Accent بمبلغ 40 مليون دولار في مايو 2018 ، وأطلقت Gotham بمبلغ 54 مليون دولار في أكتوبر. تقوم شركة Storm Therapeutics بجمع ما يقرب من 65 مليون دولار لجولتها الثانية من النقد من المستثمرين. على الرغم من أن أيا من هذه الشركات لن تحدد أهدافها أو الأمراض الأولى التي ستحاول معالجتها ، فإن المحادثات مع الرؤساء التنفيذيين للشركات تشير إلى أن تطوير مثبطات METTL3 هو هدف لجميع الثلاثة.

يتمتع مصممو الأدوية بخبرة كبيرة في تثبيط الإنزيمات ، مما يجعل METTL3 هدفًا أوليًا جذابًا. يقول يونسون نام ، عالِم الفيزياء الحيوية في مركز ساوث وسترن الطبي بجامعة تكساس ، إن نشاطه قد لا يكون مباشرًا. يستحوذ METTL3 على مجموعة الميثيل التي يضيفها إلى الحمض النووي الريبي من S-adenosylmethionine (SAM) ، وهو جزيء تستخدمه عدة إنزيمات أخرى. وتوضح أن مركبات الشركات ستحتاج إلى تجنب تثبيط هذه الإنزيمات الأخرى أيضًا.

يعتقد نام أن الحل البديل يمكن أن يستهدف بروتينًا يسمى METTL14 ، والذي يرتبط بـ METTL3 كجزء من مجمع كتابة m6A أكبر. "تعتمد METTL3 و METTL14 بشكل كبير على بعضهما البعض لتحقيق الاستقرار ،" كما تقول.

حتى إذا تمكنت الشركات من تطوير مثبطات METTL3 الانتقائية ، فمن غير الواضح عدد الأشخاص الذين سيستفيدون منها. في حين أظهرت دراسات اللوكيميا التي أجراها جافري وكوزاريدس أن مستويات m6A مرتفعة جدًا ، أظهرت دراسات سرطان الدم والورم الأرومي الدبقي عكس ذلك ، حيث أن مستويات m6A منخفضة جدًا. اقترحت دراسات أخرى نتائج أكثر تناقضًا - بما في ذلك أن مستويات m6A قد تكون عالية جدًا في الورم الأرومي الدبقي. بعبارة أخرى ، عند تطوير علاجات ، سيكون من الضروري معرفة حالة النسخ الظهارية للخلايا السرطانية. خلاف ذلك ، فإن إعطاء الشخص الخطأ مثبط METTL3 قد يجعل الأمور أسوأ.

يعترف روبرت كوبلاند ، الرئيس والمسؤول العلمي الأول في Accent ، قائلاً: "هذا احتمال". يشرح كوبلاند أن التحدي الذي يواجه شركة Accent والشركات الأخرى هو معرفة أي مجموعة فرعية من الأشخاص المصابين بسرطان الدم ستستفيد من مثبط METTL3 ، لتخفيض مستويات m6A ، والتي ستستفيد من مثبط FTO ، لرفع مستويات m6A. "إذا كان البندول يتأرجح كثيرًا في اتجاه واحد أو كثيرًا في الاتجاه الآخر ، فيمكنك أن تسبب المرض."الائتمان: علاجات اللكنةروبرت كوبلاند ، الرئيس والمسؤول العلمي الأول في Accent Therapeutics

توسيع EPI

على الرغم من أن قادة Accent و Gotham و Storm يتسمون بالسرية بشأن استراتيجياتهم ، إلا أنهم جميعًا يلمحون إلى أن النطاق المحتمل لاكتشاف أدوية النسخ اللاصق أكبر بكثير من مجرد استهداف METTL3.

بالإضافة إلى المحايات m6A ، هناك مجموعة متزايدة من الأعمال تكشف عن أهمية أجهزة قراءة m6A. في وقت سابق من هذا الشهر ، أظهر مختبر هو أن بروتين قارئ m6A المسمى YTHDF1 هو مفتاح تحكم مهم في جهاز المناعة وأن تثبيطه قد يعزز بشكل كبير فعالية مثبطات نقاط التفتيش الحالية ، وهي فئة شائعة من العلاج المناعي للسرطان (طبيعة سجية 2019 ، DOI: 10.1038 / s41586-019-0916-x). يقول: "أعتقد أن الكثير من شركات العلاج المناعي ستنتقل إلى علم النسخ الشفوي بمجرد قراءتها للورقة".

ويقول كوبلاند من أكسنت إن هذا ليس الرابط الأول المعروف بين علم النسخ الشفوي والعلاج المناعي. كانت شركته تدرس إنزيمًا يسمى ADAR1 - والذي يرمز إلى أدينوزين ديميناز الذي يعمل على الحمض النووي الريبي - والذي يعدل قواعد الأدينوزين في الحمض النووي الريبي. تظهر الدراسات من المعامل الأكاديمية أن بعض الأورام تعتمد على ADAR1 بطرق لا تفعلها الخلايا الطبيعية. تشير إحدى الدراسات إلى أن منع ADAR1 يمكن أن يجعل بعض أنواع السرطان المقاومة للأدوية عرضة لمثبطات نقاط التفتيش (طبيعة سجية 2018 ، DOI: 10.1038 / s41586-018-0768-9).

تكتشف المعامل الأخرى التي تدخل المعركة الكشف عن بروتينات جديدة تقرأ وتكتب وتمحو تعديلات الحمض النووي الريبي ، مع روابط لأنواع إضافية من السرطان وأمراض أخرى. يمكن أن يكون نطاق علم النسخ الشفوي هائلاً. يقول Blundy ، الرئيس التنفيذي لشركة Storm: "هذا ما يثير اهتمامنا في هذا المجال". "هناك العديد والعديد من مسارات الحمض النووي الريبي التي يتم تنظيمها من خلال التعديلات."

ومع ذلك ، فإن الاكتشافات لا تتم بسلاسة. على سبيل المثال ، يدعي Jaffrey أن الهدف الرئيسي لإنزيم الممحاة FTO ليس في الواقع m6A ولكنه تعديل مختلف قليلاً ، يسمى m6Am. يختلف آخرون. يقول جافري: "لا يزال هناك بعض الجدل ، لكن هذا هو المسار الطبيعي للحقل ، خاصة في الأيام الأولى".

كما لا يزال المجال يواجه عقبات فنية. يعترف جافري: "في الوقت الحالي ، تعتبر طرق تعيين m6A واكتشافها بدائية". تتطلب الأساليب الحالية أحجام عينات كبيرة وغير فعالة في تحديد كيفية تغير مستويات m6A بمرور الوقت في نصوص mRNA معينة. يعمل مختبره الآن على طرق لتحديد كمية m6A بشكل أفضل لتشخيص الأمراض أو التنبؤ بها في العيادة. ستكون مثل هذه الأدوات ضرورية لتجنيد الأشخاص المناسبين في الدراسات السريرية التي تختبر مثبطات البروتينات فوق الصوتية.

هناك مشكلة أخرى تتمثل في عدم وجود مثبطات الجزيئات الصغيرة المتاحة للجمهور لدراسة بروتينات الترانسكريبتوميك. يقول دومينيسيني ، الذي طور أيضًا تقنيات جديدة لتعديل الحمض النووي الريبي ، ويدير الآن مختبره الخاص بالنسخ اللاصق في جامعة تل أبيب: "ليس لدينا حتى مثبطًا للبحث". في الوقت الحالي ، يتعين على الباحثين استخدام التقنيات الجينية لإزالة أو منع إنتاج بروتينات الكاتب والممحاة والقارئ ، ولكن ما يحتاجه الحقل حقًا هو جزيئات صغيرة بسيطة لاختبار الفرضيات القائلة بأن هذه البروتينات ستحقق أهدافًا جيدة للأدوية ، كما يقول. بالطبع ، هذا ما تعمل عليه الشركات.

أدى نقص مماثل في المركبات إلى توقف اكتشاف عقاقير الوراثة اللاجينية منذ أكثر من عقد. الرواد في مجال النسخ الشفوية غير منزعجين من هذه المتوازيات. يقول جافري: "لا أعتقد أن هناك علاقة بين نجاح أو فشل عقار التخلق الوراثي لعقار النسخ اللاصق".

يسير العلماء والشركات في هذا المجال بأقصى سرعة. استشهدت مئات المختبرات بأوراق من Dominissini و He و Jaffrey ، ويمكن للجميع الإشارة إلى العديد من الدراسات الجارية التي تبحث في دور تعديلات الحمض النووي الريبي في أمراض أخرى. وهو يقول: "إنه يعكس مدى سرعة قفز الناس إلى الميدان". "علم النص الوراثي يزدهر."


كيف يمكن أن تساعد البيولوجيا التركيبية البيئة

يركز معظم العلوم البيئية على كيفية إعادة عقارب الساعة إلى الوراء ، وليس دفعها إلى الأمام ، كما يقول بن بوستيك ، عالم الكيمياء الجيولوجية في مرصد لامونت دوهرتي للأرض. قال: "نفكر في كيفية تقليص بصمتنا ، وليس كثيرًا في كيفية جعل بصمتنا أكبر بطريقة إيجابية". "ولكن هناك العديد من الأمثلة على البيولوجيا التركيبية التي أعتقد أنها تمتلك بالفعل الكثير من الإمكانات في البيئة. فكر في كيف يمكننا مساعدة بيئتنا فقط من خلال القيام بأشياء مثل تحسين المواد التي نصنعها باستخدام البيولوجيا التركيبية ".

البيولوجيا التركيبية (synbio) هي بناء المكونات البيولوجية ، مثل الإنزيمات والخلايا ، أو الوظائف والكائنات الحية غير الموجودة في الطبيعة ، أو إعادة تصميمها لأداء وظائف جديدة. يحدد علماء الأحياء التخليقية التسلسلات الجينية التي تعطي الكائنات الحية سمات معينة ، وتخلقها كيميائيًا في المختبر ، ثم تُدخلها في الكائنات الحية الدقيقة الأخرى ، مثل بكتريا قولونية، بحيث تنتج البروتينات أو الخصائص أو الوظائف المرغوبة.

منذ عام 2011 ، عندما كتبت مقدمة عامة لـ synbio ، نما المجال بسرعة.

أحد أسباب ذلك هو تطوير أداة تحرير الجينات CRISPR-Cas9 ، التي استخدمت لأول مرة في عام 2013 ، والتي تحدد مواقع الحمض النووي وتقطعها وتحل محلها في مواقع محددة. سبب آخر هو مدى سهولة استخدام سجل الأجزاء البيولوجية القياسية ، والذي يضم أكثر من 20000 جزء جيني أو BioBricks التي يمكن طلبها واستخدامها لإنشاء كائنات أو أنظمة اصطناعية جديدة.

في عام 2018 ، ضخ المستثمرون 3.8 مليار دولار واستثمرت الحكومات في جميع أنحاء العالم 50 مليون دولار في شركات synbio. بحلول عام 2022 ، من المتوقع أن يصل حجم السوق العالمية لتطبيقات synbio إلى 13.9 مليار دولار. لكن البيولوجيا التركيبية لا تزال مثيرة للجدل لأنها تنطوي على تغيير الطبيعة وإمكاناتها ومخاطرها غير مفهومة تمامًا.

بوستيك ، الذي يعمل على معالجة تلوث المياه الجوفية بالزرنيخ عن طريق تحفيز البكتيريا الطبيعية لإنتاج المواد التي يلتصق بها الزرنيخ ، أوضح أن المجتمع البيولوجي بأكمله الذي يعمل على الكائنات الحية يغير النظم البيولوجية طوال الوقت ، ولكن لا يغير المادة الوراثية. أو الكائنات الحية. يقوم العلماء بحذف الإنزيمات وإدخال أنزيمات جديدة وتغيير أشياء مختلفة من أجل فهم العالم الطبيعي "هذه تقنيات قياسية الآن ولكن يتم إجراؤها ميكانيكيًا" ، قال. "إذا كنت تريد أن ترى كيف يعمل البروتين ، فماذا تفعل؟ أنت في الواقع تغيره - هذه بالضبط هي الطريقة التي درسنا بها بيئتنا. إنها اصطناعية وهي تعديلات بيولوجية ولكن لم يتم القيام بها للغرض الذي يحدد البيولوجيا التركيبية ". تعتبر Synbio أكثر إثارة للجدل لأن الغرض منها هو بناء أنظمة بيولوجية اصطناعية غير موجودة بالفعل في العالم الطبيعي.

ومع ذلك ، فإن البيولوجيا التركيبية تنتج بعض الحلول المحتملة لمشاكلنا البيئية الأكثر استعصاءً. وهنا بعض الأمثلة.

التعامل مع التلوث

تم استخدام الميكروبات لاستشعار الملوثات البيئية وتحديدها وتحديد كميتها لعقود. الآن أجهزة الاستشعار الميكروبية المركبة قادرة على استهداف سموم معينة مثل الزرنيخ والكادميوم والزئبق والنيتروجين والأمونيوم والنترات والفوسفور والمعادن الثقيلة ، والاستجابة بعدة طرق. يمكن تصميمها لتوليد إشارة كهروكيميائية أو حرارية أو صوتية أو مضيئة عند مواجهة الملوث المحدد.

تم استخدام كريسبر لإعطاء ذباب الفاكهة عيون حمراء مشعة. الصورة: NICHD

يمكن لبعض الميكروبات تطهير التربة أو الماء بشكل طبيعي. يمكن أن يؤدي تصنيع بروتينات معينة ونقلها إلى هذه البكتيريا إلى تحسين قدرتها على الارتباط بالمعادن الثقيلة أو النويدات المشعة أو تحللها.أعطيت إحدى بكتيريا التربة دوائر تنظيمية جديدة توجهها لاستهلاك المواد الكيميائية الصناعية كغذاء. يعمل الباحثون في اسكتلندا على هندسة البكتيريا لتحويل المعادن الثقيلة إلى جسيمات نانوية معدنية ، والتي تستخدم في الطب والصناعة والوقود.

تستخدم CustoMem في المملكة المتحدة البيولوجيا التركيبية لإنشاء مادة حبيبية تجذب الملوثات الدقيقة وتلتصق بها مثل مبيدات الآفات والأدوية وبعض المواد الكيميائية في مياه الصرف الصحي. ويحاول الباحثون الأستراليون إنشاء بنية متعددة الخلايا يسمونها "قناديل البحر الاصطناعية" التي يمكن إطلاقها بعد تسرب سام لتفكيك الملوثات.

الحفاظ على التنوع البيولوجي

يستخدم العلماء البيولوجيا التركيبية لجعل أشجار الكستناء الأمريكية أكثر مقاومة للفطريات القاتلة. الصورة: جو بلو

سيطرت أشجار الكستناء الأمريكية على الساحل الشرقي للولايات المتحدة حتى عام 1876 ، عندما دمرها فطر يحمل بذور الكستناء المستوردة ، تاركًا أقل من 1٪ بحلول عام 1950. لصنع أشجار مقاومة للآفات ، أدخل العلماء جينًا من القمح في أجنة الكستناء ، مما مكن منهم لصنع إنزيم يزيل سموم الفطريات. من المحتمل أن تصبح شجرة الكستناء هذه أول كائن معدل وراثيًا يتم إطلاقه في البرية بمجرد الموافقة عليه من قبل وزارة الزراعة وإدارة الغذاء والدواء (FDA) ووكالة حماية البيئة (EPA).

تحاول منظمة Revive & amp Restore ، وهي منظمة تستخدم التقنيات الوراثية للحفاظ على التنوع البيولوجي ، إنقاذ النمس المهددة بالانقراض ، والتي تكون عرضة للطاعون الحرجي. نظرًا لأن النمس ليس كذلك ، يدرس العلماء إمكانية العثور على الجينات التي تعطي مقاومة النمس المحلية وتحريرها في جينوم النمس ذي القدم السوداء. سيبدأ البحث بمزارع الخلايا في المختبر.

محركات الجينات هي آليات تنشر سمة وراثية مرغوبة من خلال مجموعة سكانية للتحكم في الأنواع الغازية. تم مؤخرًا دراسة محرك جيني للسيطرة على بلح البحر الذهبي ، الذي غزا مياه أمريكا الجنوبية وأمريكا اللاتينية. بعد تحديد الجينات المتعلقة بالتكاثر والعقم في بلح البحر الذهبي ، اقترح العلماء استخدام تقنية CRISPR-Cas9 لتعديل جينوم بلح البحر لجعل الإناث عقيمة. سيتم بعد ذلك تربية بلح البحر المعدلة وراثيًا مع بلح البحر البري في المختبر ، مما ينتج عنه أجنة معدلة يمكن إطلاقها في البرية لنشر العقم بين السكان. لقد نجح محرك الجينات للقضاء على البعوض الذي يحمل الملاريا في المختبر ، ولكن لم يتم تجربة محرك الجينات المهندسة في هذا المجال حتى الآن.

تحتوي قشرة التربة هذه على البكتيريا الزرقاء والطحالب والفطريات والأشنات. الصورة: كتب الشراب

يعمل بعض العلماء أيضًا على تعديل جينومات المرجان لمنحها مزيدًا من المقاومة لارتفاع درجات حرارة المحيطات والتلوث وتحمض المحيطات. اقترح آخرون تعديل جينات البكتيريا الزرقاء التي تؤثر على الرطوبة في قشرة التربة في النظم البيئية شبه الصحراوية بحيث تحتفظ التربة بمزيد من المياه ويمكن أن تنمو المزيد من النباتات.

إطعام العالم

مع توقع وصول عدد سكان العالم إلى 10 مليارات نسمة بحلول عام 2050 ، يمكن أن يرتفع الطلب العالمي على الغذاء بنسبة 59 إلى 98 في المائة. إن تأثيرات تغير المناخ - ارتفاع درجات الحرارة ، والطقس القاسي ، والجفاف ، وزيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون وارتفاع مستوى سطح البحر - تعرض للخطر كمية ونوعية إمداداتنا الغذائية.

اكتشف الباحثون في جامعة كاليفورنيا ، سان دييغو أنه عندما تواجه النباتات ظروفًا جافة ، فإنها تفرز هرمونًا يغلق مسام النبات من أجل الاحتفاظ بالمياه ، ويبطئ نموه ويبقي البذور نائمة. ومع ذلك ، فإن تصنيع هذا الهرمون مكلف ، لذلك عمل العلماء مع مستقبلات مطورة صناعياً في نباتات الطماطم والتي استجابت بطريقة مماثلة للحفاظ على المياه لمبيد فطري شائع الاستخدام بدلاً من ذلك ، مما يجعل النباتات أكثر مقاومة للجفاف.

حدد علماء معهد سالك الجينات التي تشجع نظام جذر النبات على النمو بشكل أعمق في التربة. إنهم يخططون لهندسة المسارات الجينية لتحفيز الجذور العميقة ، مما سيمكن نباتات المحاصيل من مقاومة الإجهاد ، وعزل المزيد من الكربون وإثراء التربة.

تمنحها الميكروبات التي تعيش مع البقوليات القدرة على تحويل النيتروجين من الغلاف الجوي إلى مغذيات يحتاجها النبات للنمو. ومع ذلك ، نظرًا لأن النباتات الأخرى لا تستطيع استيعاب النيتروجين بشكل طبيعي ، فقد استخدم المزارعون عادةً الأسمدة الكيماوية. ينتج عن إنتاج الأسمدة ، المصنوع أساسًا من الوقود الأحفوري ، انبعاثات غازات الاحتباس الحراري وزيادة المغذيات. كبديل ، قامت شركة Pivot Bio ، وهي شركة في كاليفورنيا ، بهندسة جينات ميكروب يعيش على جذور نباتات الذرة والقمح والأرز لتمكين الميكروب من سحب النيتروجين من الهواء وإطعامه للنبات مقابل العناصر الغذائية. . في الاختبارات الميدانية ، أنتج ميكروب الذرة المنتج للنيتروجين 7.7 بوشل لكل فدان أكثر من الحقول المخصبة كيميائيًا.

الزراعة ، بما في ذلك تربية الماشية ، مسؤولة عن حوالي 8 في المائة من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدة. تُستخدم الميكروبات المعدلة وراثيًا لإنتاج طعام أكثر استدامة وأخلاقية ويحتمل أن يكون أكثر صحة. تقوم Motif Ingredients بتطوير مكونات بروتينية بديلة بدون الزراعة الحيوانية. يستخدم الميكروبات المهندسة لإنتاج بروتينات غذائية يمكن تصميمها لتقليد النكهات أو القوام المشابهة لتلك الموجودة في لحوم البقر ومنتجات الألبان.

ذا إمبوسيبل برجر. الصورة: ديل كروز

يحتوي البرجر النباتي من شركة Impossible Foods على الهيم المركب ، وهو الجزيء المحتوي على الحديد الموجود في الحيوانات والنباتات والذي يعطي اللحوم نكهتها الدموية. لصنعه ، أضاف العلماء جينًا نباتيًا إلى الخميرة ، والتي ، بعد التخمير ، أنتجت كميات كبيرة من بروتين الهيم. يستخدم Impossible Burger 75 في المائة من المياه أقل و 95 في المائة من الأرض أقل من برجر اللحم البقري العادي ، وينتج 87 في المائة أقل من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.

مع تزايد الطلب على المأكولات البحرية على الصعيد العالمي (مخزون الصيد بالفعل 90 في المائة من الصيد المفرط) ، تزداد الحاجة إلى مسحوق السمك ، حبيبات البروتين المصنوعة من الأسماك الصغيرة المطحونة والحبوب التي تغذي الأسماك المستزرعة وكذلك الماشية. تستخدم شركة NovoNutrients ومقرها كاليفورنيا ثاني أكسيد الكربون من الانبعاثات الصناعية لتغذية البكتيريا التي تم إنشاؤها في المختبر ، والتي تنتج بعد ذلك بروتينًا مشابهًا للأحماض الأمينية التي تحصل عليها الأسماك عن طريق تناول أسماك أصغر تحل البكتيريا محل مسحوق السمك ، مما يوفر للأسماك البروتين والمواد المغذية الأخرى.

ابتكار منتجات صديقة للبيئة

شكل حرق الوقود الأحفوري للحصول على الطاقة 94 في المائة من إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية المنشأ في الولايات المتحدة في عام 2016 ، لذلك تهدف الكثير من الأبحاث إلى إنتاج وقود حيوي أفضل لا يتنافس مع إنتاج الغذاء أو مغذيات التربة أو الفضاء. يركز أحدث جيل من الوقود الحيوي على الطحالب الدقيقة المهندسة ، والتي تحتوي على نسبة عالية من الدهون والكربوهيدرات ، وتنمو بسرعة وتكون قوية نسبيًا. يمكّنهم تغيير مسارات التمثيل الغذائي الخاصة بهم من التمثيل الضوئي بكفاءة أكبر ، وإنتاج المزيد من الزيت ، وامتصاص المزيد من الكربون ، وتكون أكثر صلابة بحيث يمكن زيادة أعدادهم.

يقوم المختبر الوطني للطاقة المتجددة بدراسة الطحالب الدقيقة للوقود الحيوي
الصورة: وزارة الطاقة

تعرفت LanzaTech في إلينوي على كائن حي ينتج بشكل طبيعي الإيثانول من غازات النفايات الصناعية. بعد أن قامت الشركة بهندستها باستخدام "مسارات" من كائنات أخرى لتحسين أدائها ، أصبح الكائن الحي قادرًا على إنتاج جزيئات فريدة للمواد الكيميائية والوقود ذات القيمة. أنتج أول مصنع تجاري لشركة LanzaTech في الصين أكثر من سبعة ملايين جالون من الإيثانول من انبعاثات مصانع الصلب التي يمكن تحويلها إلى وقود للطائرات ومنتجات أخرى.

165 مليون طن من البلاستيك دمرت المحيطات ، مع إضافة ما يقرب من 9 ملايين طن إضافية كل عام. يمكن أن توفر Synbio حلاً لمشكلة التلوث هذه ، عن طريق تحطيم البلاستيك واستبداله.

في عام 2016 ، حدد باحثون في اليابان إنزيمين في بكتيريا تمكنها من التغذي على بلاستيك البولي إيثيلين تيريفثالات وتحللها ، وهو النوع المستخدم في زجاجات المياه وحاويات الطعام. منذ ذلك الحين ، عكف الباحثون حول العالم على تحليل كيفية تكسير الإنزيمات للبلاستيك ومحاولة تحسين قدرتها على القيام بذلك.

تستخدم Newlight Technologies ومقرها كاليفورنيا محفزًا حيويًا قائمًا على الكائنات الحية الدقيقة تم تطويره خصيصًا (على غرار الإنزيم) لتحويل غاز النفايات الملتقط من الهواء إلى بلاستيك حيوي. يسحب المحفز الحيوي الكربون من الميثان أو ثاني أكسيد الكربون من المزارع أو محطات معالجة المياه أو مقالب القمامة أو منشآت الطاقة ، ثم يجمعه مع الهيدروجين والأكسجين لتكوين مادة البوليمر الحيوي. يمكن أن يحل البوليمر الحيوي ، المسمى AirCarbon ، محل البلاستيك في الأثاث والتغليف.

يعتبر اللجنين مكونًا رئيسيًا للنباتات ، مثل الأنواع الأخرى من الكتلة الحيوية ، يمكن استخدامه للوقود المتجدد والمواد الكيميائية. نظرًا لأن عددًا قليلاً جدًا من البكتيريا والفطريات يمكنها تكسيرها بشكل طبيعي ، فقد حاول العلماء منذ سنوات تطوير طريقة فعالة للقيام بذلك. الآن قام البعض بتصميم إنزيم طبيعي لتكسيره ، مما قد يجعل من الممكن في النهاية استخدام اللجنين للنايلون والبلاستيك الحيوي وحتى ألياف الكربون.

يتطلب تصنيع الأجهزة الإلكترونية المعقدة مواد سامة ونادرة وغير متجددة ، وتنتج أكثر من 50 مليون طن من النفايات الإلكترونية كل عام. يستخدم Simon Vecchioni ، الذي دافع مؤخرًا عن درجة الدكتوراه في الهندسة الطبية الحيوية في جامعة كولومبيا ، البيولوجيا التركيبية لإنتاج أسلاك وشبكات DNA كبديل لتكنولوجيا أجهزة السيليكون.

طلب Vecchioni الحمض النووي المركب من شركة ، واستخدمه لإنشاء BioBrick المخصص الخاص به - قطعة دائرية من الحمض النووي - وأدخله في البكتيريا بكتريا قولونية، والتي خلقت نسخًا من الحمض النووي. ثم قطع جزءًا من الحمض النووي وأدخل أيون الفضة فيه ، محوّلًا الحمض النووي إلى موصل للكهرباء. التحدي التالي الذي يواجهه هو تحويل أسلاك الحمض النووي النانوية إلى شبكة. قد تحل أسلاك الحمض النووي النانوية يومًا ما محل الأسلاك المصنوعة من معادن ثمينة مثل الذهب والفضة (التي يستخدمها فيكيوني فقط على النطاق الذري) والبلاتين والإيريديوم ، وقدرتها على "التجميع الذاتي" يمكن أن تقضي على استخدام المواد الكيميائية المعالجة السامة تستخدم لحفر السيليكون.

"يمكن لتكنولوجيا تصنيع الدوائر الكهربائية النانوية أن تحول صناعة الإلكترونيات. والبكتيريا عبارة عن مصانع صغيرة الحجم ، والحمض النووي مادة قابلة للتحلل ". "إذا نجحنا ، يمكننا أن نأمل في إنتاج إلكترونيات نظيفة ورخيصة ومتجددة لاستخدام المستهلك."

يعتبر إنتاج الأسمنت (أحد المكونات الرئيسية للخرسانة) مسؤولاً عن حوالي ثمانية بالمائة من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية بسبب الطاقة اللازمة للتعدين ونقل وإعداد المواد الخام. يوفر bioMASON في ولاية كارولينا الشمالية بديلاً عن طريق وضع الرمل في قوالب وحقنه بالبكتيريا ، والتي تُغذى بعد ذلك بأيونات الكالسيوم في الماء. تخلق الأيونات غلافًا من كربونات الكالسيوم مع جدران خلايا البكتيريا ، مما يتسبب في التصاق الجزيئات ببعضها البعض. لبنة تنمو في ثلاثة إلى خمسة أيام. يمكن تخصيص أحجار bioMASON لتتوهج في الظلام ، أو تمتص التلوث ، أو تغير اللون عند البلل.

ارتداء الملابس بشكل أكثر استدامة

للأزياء السريعة تأثير كارثي على البيئة بسبب صبغاتها وتشطيبات النسيج ، واستخدام الوقود الأحفوري والتلوث بالألياف الدقيقة. ينتهي الأمر بحوالي ثلاثة أرباع المياه المستخدمة في الصباغة كمياه صرف سامة ، وأكثر من 60 في المائة من المنسوجات مصنوعة من البوليستر والألياف الأخرى القائمة على الوقود الأحفوري التي تتخلص من الألياف الدقيقة عند غسلها وتلوث مياهنا.

مصنع نسيج في بنغلاديش ، الصورة: NYU Stern BHR

تقوم شركة Pili الفرنسية بتصنيع إنزيمات يمكن تكييفها لإنتاج ألوان مختلفة ، ثم تدمجها في البكتيريا. بعد ذلك ، تكون البكتيريا قادرة على تكوين أصباغ. يتم إنتاج صبغة بيلي بدون منتجات بترولية أو مواد كيميائية ، وتستخدم خمس مياه الأصباغ العادية.

يعتبر حرير العنكبوت ، الذي يُعتبر من أقوى المواد في الطبيعة ، مرنًا ومتينًا وناعمًا. قامت شركة Bolt Thread ، ومقرها سان فرانسيسكو ، بدراسة الحمض النووي للعنكبوت لمعرفة ما الذي يعطي حرير العنكبوت خصائصه الخاصة ، ثم تم هندسة الجينات وفقًا لذلك ووضعها في الخميرة ، والتي تنتج بعد التخمير كميات كبيرة من بروتينات الحرير السائل. ثم يتم غزل بروتين الحرير إلى ألياف ، والتي يمكن تحويلها إلى Microsilk متجدد.

مخاطر synbio

في الولايات المتحدة ، يتم تنظيم المواد الكيميائية والمستحضرات الصيدلانية synbio بشكل أساسي من خلال قانون مراقبة المواد السامة لعام 1976. يتم تنظيم المنتجات والتطبيقات التجارية الأخرى من قبل وكالة حماية البيئة ، وزارة الزراعة ، وإدارة الغذاء والدواء. ولكن هل تتمتع هذه الوكالات بالقدرة والفعالية لمراقبة البيولوجيا التركيبية بالسرعة التي تتطور بها وتتغير؟

نظرًا لأن بعض التطبيقات الحيوية للمزامنة بدأت في الخروج من المختبر ، فهناك مخاوف بشأن مخاطرها البيئية المحتملة. إذا تم إطلاق كائن مُعدّل هندسيًا ، مثل تلك المستخدمة في محركات الجينات ، في الطبيعة ، فهل يمكن أن يثبت نجاحه أكثر من الأنواع الموجودة في نظام بيئي وينتشر دون رادع؟

أشار بوستيك إلى أن كل مشروع بيولوجيا تركيبية اليوم يركز عادة على تعديل واحد محدد للغاية. وقال: "إنها تضيف أو تغير إنزيمًا واحدًا ، وربما يضع سلسلة من الإنزيمات بحيث يمكنه فعل شيء واحد". "نادرًا ما تقوم بتعديل بقية الكائن الحي ، لذلك فهو ليس مهمًا لنجاح الكائن الحي ومن غير المحتمل أن يتفشى. من وجهة نظر علمية ، من الصعب تغيير أكثر من شيء ".

علاوة على ذلك ، وفقًا لفيكيوني ، يتم إجراء معظم أبحاث synbio بواسطة مجموعات الطلاب من خلال مسابقة iGEM الدولية للآلات المهندسة وراثيًا ، ويجب أن يحتوي كل مشروع iGEM على مكون أمان - طريقة ما لإيقاف تشغيل الجين أو تنظيمه إذا خرج.

مصدر قلق آخر هو أن إنشاء أو تعديل الكائنات الحية يمكن أن يستخدم لخلق مرض لغرض الإرهاب البيولوجي. أوضح فيكيوني أن مكتب التحقيقات الفيدرالي يبحث عن هذا الأمر. قال: "إنهم يمشون بلطف ويقولون" مرحبًا ، نحن نشاهد ". "يذهبون أيضًا إلى المؤتمرات ويتأكدون فقط من أن الناس أذكياء حيال ذلك." وأضاف أن شركات تصنيع الحمض النووي في حالة تأهب أيضًا. "لديهم مكتبة من قطع الحمض النووي الخطيرة المعروفة ، لذلك إذا حاولت طلب شيء معروف أنه يسبب المرض في أي كائن حي ، فإن مكتب التحقيقات الفيدرالي سيطرق بابك."

ومن الشواغل الأحدث أن المعاهد البحثية بدأت في إنشاء مسابك حيوية ، وهي منشآت تعتمد بشكل كبير على الأتمتة والذكاء الاصطناعي (AI) لتعزيز وتسريع قدراتها في مجال التكنولوجيا الحيوية. يشعر جيم توماس ، المدير التنفيذي المشارك لمجموعة ETC Group ، التي تراقب التقنيات الناشئة ، بالقلق بشأن عشرات الآلاف من الكائنات الحية التي يتم استخدام الذكاء الاصطناعي في إنشائها. قال توماس: "إنه يثير سؤالًا حقيقيًا بشأن الأمان لأنه إذا حدث خطأ ما ، فمن المحتمل ألا تفهم سبب حدوث ذلك الخطأ". "مع الذكاء الاصطناعي هو نوع من الصندوق الأسود". وأشار إلى أن معظم الخبراء يتفقون على أنه يجب أن تكون هناك عملية لرصد وتقييم التطورات الجديدة في synbio.

على الرغم من المخاطر المحتملة لـ synbio ، فإن فوائدها المحتملة على كوكب الأرض هائلة. وبما أن بيئتنا تتأثر بتأثيرات تغير المناخ والنشاط البشري ، فنحن بحاجة إلى استكشاف جميع الخيارات. قال بوستيك: "نحن بحاجة إلى كل حل ممكن للوصول عن بعد إلى حجم التغيير الذي نحتاجه لتحسين عالمنا".


أسرع بترتيب من حيث الحجم

يعني صنع لقاحات mRNA تصنيع الحمض النووي الريبي ، وهي عملية معقدة للغاية تتطلب العديد من المكونات عالية النقاء. أولاً ، يجب أن تكون قادرًا على تصنيع بلازميدات الدنا ـ القوالب التي يُبنى عليها الحمض النووي الريبي.

يقول سيمون وهو يضحك: "هذه الخطوة معقدة تقريبًا مثل إنشاء لقاح كامل في المقام الأول". "الخبر السار هو أن تصنيع بلازميد الحمض النووي راسخ بالفعل. وبمجرد حصولك على قوالب الحمض النووي ، عندها تبدأ السرعة المذهلة بالطرق على بابك ".

لفهم مدى سرعة هذا النهج ، تحتاج إلى فهم الوتيرة الطبيعية لإنتاج اللقاح الفيروسي. لبدء تصنيع لقاح فيروسي ، تحتاج إلى الكثير من الخلايا الحيوانية ، كل واحدة مصابة بفيروس ضعيف (أو ميت).

بالنسبة لبعض اللقاحات ، مثل اللقاح المضاد للحمى الصفراء ، تُزرع مزارع الخلايا هذه في بيض الدجاج (الكثير من بيض الدجاج). بالنسبة للآخرين ، مثل لقاح التهاب السحايا أ ، فإن الخلايا تُزرع في مخمر (تصور قدر ضغط عملاق من الفولاذ المقاوم للصدأ).

في فيتنام ، يقوم فني مختبر في معهد اللقاحات والبيولوجيا الطبية بفحص البيض الذي سيُستخدم في تصنيع اللقاحات. الصورة: باث / ماثيو داكين.

يقول سيمون إنه "حتى مع معدات التخمير الحديثة ، فإن الوصول إلى الكتلة الحيوية الكافية لبدء تصنيع لقاح فيروسي يستغرق حوالي أربعة إلى ستة أسابيع. بمجرد البدء ، قد تستغرق كل دورة نمو وإنتاج أسبوعًا. يتم تصنيع لقاح mRNA في غضون دقائق. "

يرجع الاختلاف المذهل في السرعة إلى حقيقة أن اللقاحات الفيروسية تعتمد على بيولوجيا الخلية الحيوانية ، في حين أن تصنيع الحمض النووي الريبي هو عملية كيميائية حيوية خالية من الخلايا يتم إجراؤها باستخدام الإنزيمات الاصطناعية.

وهو ما يقودنا إلى المكونات الأخرى عالية النقاء اللازمة لتصنيع الحمض النووي الريبي: ريبونوكليوتيدات مشتقة كيميائيًا. هذه هي لبنات البناء الصغيرة (قد تعرفها باسم G ، A ، U ، C) التي يصنعها بوليميراز الحمض النووي الريبي لإنشاء الشريط المطلوب من الرنا المرسال.


الفصل 21 & # 8211 الأساس الجيني للتنمية

2. وصف الوظيفة الطبيعية لأنزيمات التقييد.

3. وصف كيفية استخدام إنزيمات التقييد والهلام الكهربائي لعزل شظايا الحمض النووي.

4. اشرح كيف أن تكوين النهايات اللاصقة عن طريق إنزيمات التقييد يكون مفيدًا في إنتاج جزيء الحمض النووي المؤتلف.

5. الخطوط العريضة لإجراءات إنتاج نواقل البلازميد والعاثية.

6. اشرح كيفية استخدام النواقل في تكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف.

7. قائمة ووصف اثنين من أهم مصادر الجينات للاستنساخ.

8. وصف وظيفة النسخ العكسي في الفيروسات القهقرية وشرح كيف تكون مفيدة في تقنية الحمض النووي المؤتلف.

9. صف كيف & # 8220 genes ذات الأهمية & # 8221 يمكن تحديدها باستخدام المسبار.

10. شرح أهمية تخليق الحمض النووي وتسلسله للدراسات الحديثة للجينومات حقيقية النواة.

11. وصف كيف يمكن تحفيز البكتيريا لإنتاج منتجات جينية حقيقية النواة.

12. سرد بعض مزايا استخدام الخميرة في إنتاج المنتجات الجينية.

13. قائمة ووصف أربعة مناهج تكميلية تستخدم لرسم خريطة الجينوم البشري.

14. اشرح كيف يمكن تطبيق تحليل RFLP و PCR على مشروع الجينوم البشري.

15. وصف كيف يمكن لتكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف أن يكون لها تطبيقات طبية مثل تشخيص الأمراض الوراثية ، وتطوير العلاج الجيني ، وإنتاج اللقاح ، وتطوير المنتجات الصيدلانية.

16. وصف كيف أن للتلاعب الجيني تطبيقات عملية للزراعة.

17. وصف كيف يمكن معالجة جينات النبات باستخدام بلازميد Ti التي تحملها الأجرعية كناقل.

18. اشرح كيف يمكن نقل الحمض النووي الغريب إلى نباتات أحادية الفلقة.

19. وصف كيفية تنظيم دراسات الحمض النووي المؤتلف وصناعة التكنولوجيا الحيوية فيما يتعلق بمسائل السلامة والسياسات.


شاهد الفيديو: كيفية إصلاح أخطاء الحمض النووي المختلفة (يوليو 2022).


تعليقات:

  1. Chavatangakwunua

    أوافق ، عبارة مفيدة

  2. Vigrel

    أجد أنك لست على حق. أنا متأكد. يمكنني إثبات ذلك. اكتب في رئيس الوزراء ، سوف نتحدث.

  3. Moogugrel

    نعم بالفعل. كان معي أيضا. دعونا نناقش هذه القضية. هنا أو في PM.

  4. Motilar

    كنت أبحث عن ملخص في Yandex ، ووجدت هذه الصفحة. جمعت القليل من المعلومات حول موضوع المقال الخاص بي. أود المزيد وشكرا على ذلك!



اكتب رسالة