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4.E: Genetic Toolkit Übungen - Biologie

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Journal Club

Die Lesung dieser Woche lautet: Drei Gewohnheiten hocheffektiver Signalwege

Fragen zur Leseanleitung

Signalisierung legt einen Schalter um

1. Was sind die drei Gewohnheiten von Signalwegen?

2. Was ist ein SPRE und welche Bedeutung hat es in Signalwegen?

3. Was könnte der Zweck der experimentellen Aktivierung eines Signalweges sein?

Aktivator-Mangel

4. Aktivatorinsuffizienz und Kompetenzzonen definieren

5. Wie erklären sich die Autoren den Befund, dass SPREs in vitro unzureichend, aber in kultivierten Zellen ausreichend sind?

Kooperative Aktivierung

6. Was ist ein signalunabhängiger Aktivator?

7. Was ist der Zweck von Co-Aktivatoren?

Standardunterdrückung

8. Wie lösen sich entwickelnde Organismen das Problem der undichten Expression?

9. Vergleichen Sie zwei Arten von Standardrepression und wie Signalisierung die Repression auflöst

Funktionale/mechanistische/evolutionäre Überlegungen

10. Welche Rolle spielt die Chromatinmodifikation bei entwicklungsbedingten Signaltransduktionskaskaden?

Fragen zur Klassendiskussion

Signalisierung legt einen Schalter um

1. Wählen Sie eine Gewohnheit aus, um sie mit einer Zeichnung zu veranschaulichen.

2. Erklären Sie, wie Notch, Wnt und Hh den Transkriptionswechsel bewirken.

Aktivator-Mangel

3. Was meinen die Autoren, wenn sie sagen, dass Signalwege eine "selektive transkriptionelle Reaktion von Zielgenen auf die Aktivität des Signalwegs" aufweisen?

4. Wie können Zellen die Aktivierung eines Zielgens durch einen aktivierten Signalweg begrenzen?

Kooperative Aktivierung

5. Was ist ein potenzieller Nachteil der kooperativen Aktivierung?

Standardunterdrückung

6. Veranschaulichen Sie die verschiedenen Arten der Standardunterdrückung

7. Veranschaulichen Sie ein Beispiel für die Standardunterdrückung

Funktionale/mechanistische/evolutionäre Überlegungen

8. Erklären Sie Abbildung 5: Wie ist es eine Zusammenfassung der Ausgabe von Signalweggewohnheiten?

9. Erklären Sie, wie Koide et al. getestet haben, ob die Default-Repression von einer Aktivator-Insuffizienz getrennt ist.


Progressive externe Ophthalmoplegie

Progressive externe Ophthalmoplegie ist ein Zustand, der durch eine Schwäche der Augenmuskulatur gekennzeichnet ist. Der Zustand tritt typischerweise bei Erwachsenen zwischen 18 und 40 Jahren auf und verschlechtert sich langsam im Laufe der Zeit. Das erste Anzeichen einer fortschreitenden äußeren Ophthalmoplegie sind typischerweise hängende Augenlider (Ptosis), die ein oder beide Augenlider betreffen können. Wenn sich die Ptosis verschlechtert, können Betroffene die Stirnmuskeln verwenden, um zu versuchen, die Augenlider anzuheben, oder sie können ihr Kinn anheben, um zu sehen. Ein weiteres charakteristisches Merkmal der progressiven externen Ophthalmoplegie ist eine Schwäche oder Lähmung der Muskeln, die das Auge bewegen (Ophthalmoplegie). Betroffene müssen den Kopf drehen, um in verschiedene Richtungen sehen zu können, insbesondere wenn sich die Ophthalmoplegie verschlimmert. Menschen mit progressiver externer Ophthalmoplegie können auch eine allgemeine Schwäche der für die Bewegung verwendeten Muskeln (Myopathie) haben, insbesondere im Nacken, in den Armen oder in den Beinen. Die Schwäche kann sich besonders während des Trainings bemerkbar machen (Belastungsunverträglichkeit). Muskelschwäche kann auch Schluckbeschwerden (Dysphagie) verursachen.

Wenn die Muskelzellen betroffener Personen gefärbt und unter einem Mikroskop betrachtet werden, erscheinen diese Zellen normalerweise abnormal. Diese abnormalen Muskelzellen enthalten einen Überschuss an Zellstrukturen, die Mitochondrien genannt werden, und werden als rote Fasern bezeichnet.

Obwohl Muskelschwäche das Hauptsymptom einer progressiven externen Ophthalmoplegie ist, kann dieser Zustand von anderen Anzeichen und Symptomen begleitet werden. In diesen Fällen wird der Zustand als progressive externe Ophthalmoplegie plus (PEO+) bezeichnet. Zusätzliche Anzeichen und Symptome können Hörverlust durch Nervenschädigung im Innenohr (sensineurale Schwerhörigkeit), Schwäche und Sensibilitätsverlust in den Gliedmaßen aufgrund von Nervenschädigung (Neuropathie), gestörte Muskelkoordination (Ataxie), ein auffälliges Bewegungsmuster sein bekannt als Parkinsonismus und Depression.

Die progressive externe Ophthalmoplegie ist Teil eines Krankheitsspektrums mit überlappenden Symptomen. Ähnliche Störungen umfassen das Ataxie-Neuropathie-Spektrum und das Kearns-Sayre-Syndrom. Wie die progressive externe Ophthalmoplegie können die anderen Erkrankungen in diesem Spektrum eine Schwäche der Augenmuskulatur beinhalten. Diese Bedingungen haben jedoch viele zusätzliche Merkmale, die die meisten Menschen mit progressiver externer Ophthalmoplegie nicht teilen.


Das Sick-Sinus-Syndrom kann aus genetischen oder umweltbedingten Faktoren resultieren. In vielen Fällen ist die Ursache der Erkrankung unbekannt.

Genetische Veränderungen sind eine seltene Ursache für das Sick-Sinus-Syndrom. Mutationen in zwei Genen, SCN5A und HCN4Es wurde festgestellt, dass die Erkrankung in einer kleinen Anzahl von Familien verursacht wird. Diese Gene liefern Anweisungen für die Herstellung von Proteinen, die als Ionenkanäle bezeichnet werden und positiv geladene Atome (Ionen) in Herzzellen transportieren, einschließlich Zellen, die den SA-Knoten bilden. Der Fluss dieser Ionen ist entscheidend für die Erzeugung der elektrischen Impulse, die jeden Herzschlag auslösen und die Kontraktion des Herzmuskels koordinieren. Mutationen in diesen Genen reduzieren den Ionenfluss, was die Fähigkeit des SA-Knotens verändert, elektrische Signale zu erzeugen und zu verbreiten. Diese Veränderungen führen zu abnormalen Herzschlägen und den anderen Symptomen des Sick-Sinus-Syndroms.

Eine bestimmte Variation in einem anderen Gen, MYH6, scheint das Risiko für die Entwicklung eines Sick-Sinus-Syndroms zu erhöhen. Das aus dem hergestellte Protein MYH6 Gen ist Teil eines größeren Proteins namens Myosin, das die mechanische Kraft erzeugt, die für die Kontraktion des Herzmuskels erforderlich ist. Forscher gehen davon aus, dass die MYH6 Genvariation verändert die Struktur von Myosin, was die Kontraktion des Herzmuskels beeinträchtigen und die Wahrscheinlichkeit erhöhen kann, einen abnormalen Herzschlag zu entwickeln.

Häufiger wird das Sick-Sinus-Syndrom durch andere Faktoren verursacht, die die Struktur oder Funktion des SA-Knotens verändern. Dazu gehören eine Vielzahl von Herzerkrankungen, andere Erkrankungen wie Muskeldystrophie, abnorme Entzündungen oder Sauerstoffmangel (Hypoxie). Bestimmte Medikamente, wie Medikamente zur Behandlung von Herzrhythmusstörungen oder Bluthochdruck, können ebenfalls die Funktion des SA-Knotens stören. Eine der häufigsten Ursachen für das Sick-Sinus-Syndrom bei Kindern ist ein Trauma des SA-Knotens, wie z. B. Schäden, die während einer Herzoperation auftreten.

Bei älteren Erwachsenen ist das Sick-Sinus-Syndrom oft mit altersbedingten Veränderungen des Herzens verbunden. Im Laufe der Zeit kann der SA-Knoten verhärten und narbenartige Schäden (Fibrose) entwickeln, die seine ordnungsgemäße Funktion beeinträchtigen.

Erfahren Sie mehr über die Gene, die mit dem Sick-Sinus-Syndrom in Verbindung stehen


Vererbung Vererbung

Die langfristigen Aussichten ( Prognose ) für Menschen mit posturalem orthostatischem Tachykardiesyndrom (POTS) sind im Allgemeinen gut, können aber in einigen Fällen schlecht sein. [5] [1] [4] Während viele Menschen relativ leichte Symptome haben und ihren normalen täglichen Aktivitäten nachgehen können, können andere mit eingeschränkten Fähigkeiten stark betroffen sein. [5] Einige Menschen mit POTS berichten innerhalb eines Jahres von deutlich verbesserten Symptomen, [6] während andere sich durch die Behandlung nicht verbessern und sich im Laufe der Zeit verschlechtern können. [5]

Durch die richtige Änderung des Lebensstils (zum Beispiel Bewegung und Ernährung) und medizinischen Behandlungen sehen viele Betroffene eine Verbesserung der Symptome und der Lebensqualität. In einigen Fällen können Menschen mit POTS im Laufe der Zeit sogar beschwerdefrei werden. [1] [4]


SCHLUSSFOLGERUNGEN

Zusammengenommen bieten diese miteinander verbundenen Labore eine risikoreiche und lohnende Forschungsagenda für die Ausbildung junger Wissenschaftler. Neben der Vermittlung vielfältiger bioinformatischer und molekularbiologischer Techniken zeigen die Aktivitäten empirisch eine wichtige Erkenntnis der Entwicklungsbiologie und vergleichenden Genomik, nämlich dass die inneren molekularen Wege von Organismen nicht so vielfältig sind, wie die Organismen nach außen erscheinen. Die Wahl des Signalweges und der Spezies ist flexibel und bietet endlose Variationen dieses biologischen Kernthemas. Die Ergebnisse des Projekts erweitern permanent den weltweiten Bestand an Vergleichsdaten zur genetischen Sequenz und Expression. Diese gemeinsamen Früchte können dann produktiv für zukünftige Studien über die genetischen, epigenetischen und evolutionären Beziehungen von Organismen geerntet werden.


4.E: Genetic Toolkit Übungen - Biologie

Dieses Toolkit enthält Links zu Tools, Ressourcen und Informationen zu Karten und Daten des Environmental Sensitivity Index (ESI).

ESI-Produkte

ESI-Karten und -Daten sind in verschiedenen Formaten verfügbar und können kostenlos heruntergeladen werden. Die Karten können angezeigt und gedruckt werden, und die Daten können in GIS-Technologie verwendet werden. Zusätzlich zu den Links in diesem Abschnitt können Sie auch den Abschnitt ESI-Dokumente lesen, um ESI-Produkte zu erhalten.

Herunterladen von ESI-Karten und GIS-Daten: Laden Sie Karten und Daten in verschiedenen Formaten herunter.

Verfügbarkeit: Finden Sie heraus, welche Regionen mit der ESI-Methode kartiert wurden und laden Sie Metadaten, Indizes und Factsheets für jeden ESI-Atlas herunter.

ESI-Grundlagen

Diese Ressourcen beschreiben, wie ESI-Karten entwickelt und verwendet werden.

ESI-Karten: Lesen Sie eine Übersicht über ESI-Karten.

Anatomie von ESI-Karten: Lernen Sie die Grundelemente von ESI-Karten kennen, einschließlich Beispielen für die Vorder- und Rückseite einer Karte und einen Überblick über die Erstellung der Karten.

Küstenlinien-Rankings: Nach der ESI-Methode werden Küstenlinien nach ihrer Empfindlichkeit gegenüber Öl, der natürlichen Beständigkeit des Öls und der erwarteten Leichtigkeit der Reinigung nach einer Ölkatastrophe eingestuft. In dieser Reihe von Seiten erhalten Sie einen Überblick über die Küstenlinien-Sensitivitätsrankings, eine Tabelle der Küstenlinien-Ränge und ein Beispiel für eine Küstenlinie mit Rang 10A.

Biologische Ressourcen: Auf den ESI-Karten umfassen die kartierten biologischen Ressourcen ölempfindliche Tiere und ihre Lebensräume sowie Lebensräume, die selbst empfindlich auf ausgelaufenes Öl reagieren (wie Korallenriffe). Verschaffen Sie sich in dieser Seitenserie einen Überblick über biologische Ressourcen und eine Tabelle mit Symbolen und Mustern, die zu ihrer Bezeichnung verwendet werden.

Human-Use-Ressourcen: Auf ESI-Karten sind die Human-Use-Ressourcen, die für den Menschen wichtig und empfindlich gegenüber Ölung sind, die kartierten Ressourcen und Orte – wie öffentliche Strände und Parks, Meeresschutzgebiete, Wassereinlässe und archäologische Stätten. Diese Seitenreihe enthält eine Übersicht über die Ressourcen des Personals und eine Tabelle mit Symbolen zu deren Bezeichnung.

ESI-Tools

Sie können die ESI-Werkzeuge verwenden, um Sie beim Anzeigen und Abfragen von ESI-Atlanten zu unterstützen, die im Geodatabase-Format veröffentlicht wurden. Sie können sie einzeln oder alle zusammen in der ESI-Toolbar herunterladen. Wir empfehlen, die Toolbar herunterzuladen, da sich die Tools gegenseitig ergänzen.

ESI-Toolbar: Überblick über die ESI-Tools und Informationen zum Herunterladen der ESI-Toolbar (die alle ESI-Tools enthält).

Tool "Abfrage nach Standort": Dieses Tool bietet ein Dropdown-Menü der verfügbaren Ebenen für Biologie und menschliche Nutzung auf der ESI-Karte. Nachdem Sie einen Layer ausgewählt haben, können Sie die Arten oder die Typen und Namen der sozioökonomischen und Managementmerkmale in einem bestimmten Gebiet anzeigen. Sie können auch die Felder in den biologischen und sozioökonomischen Tabellen festlegen, die Sie anzeigen möchten.

Werkzeug Biologie nach Attribut abfragen: Mit diesem Werkzeug können Sie einen Biologie-Layer nach Attribut abfragen (z. B. Art, Status des Bundesstaates und des Bundes sowie monatliche Präsenz und/oder Zuchtstatus). Mit diesem Werkzeug können Sie Arten von besonderem Interesse in einem bestimmten Gebiet lokalisieren, z.

Saisonale Zusammenfassungswerkzeug: Dieses Werkzeug fasst eine Region von Interesse zusammen und ermöglicht Ihnen das Generieren eines Textberichts, eines 8,5 x 11-Zoll-Kartenlayouts und einer neuen Geodatabase, die die angeforderte Teilmenge von Feature-Layern und Tabellen enthält.

Berichtsgenerator-Tool: Mit diesem Tool können Sie einen Ressourcen-Risiko-Bericht erstellen, indem Sie Datensätze, die Sie in Ihrer Biologietabelle ausgewählt haben, in eine tabulatorgetrennte Textdatei exportieren.

Metadaten-Viewer-Tool: Dieses Tool startet Ihre PDF-Viewer-Software und öffnet die Metadatendatei, die Ihrer ESI-Karte zugeordnet ist. Die Metadatendatei wird im Atlas-Verzeichnis bereitgestellt, das von der ESI-CD/DVD übertragen wird.


Wissenschaftschoreografie: Ein bewegungsbasierter Ansatz für den Biologieunterricht

Wir möchten die Aufmerksamkeit der Leser auf eine neuartige partizipatorische bewegungsbasierte Technik lenken, mit der wir Naturwissenschaften lehren und Schüler dazu ermutigen, kreativ über Naturwissenschaften nachzudenken: Wissenschaftschoreografie. Das Projekt entstand im Rahmen einer vom Howard Hughes Medical Institute&x02013 finanzierten mehrjährigen Zusammenarbeit zwischen einem Team von Wissenschaftlern und Pädagogen der Wesleyan University und anderen Institutionen sowie Tänzer-Choreographen des Liz Lerman Dance Exchange. Als die Sequenzierung des menschlichen Genoms der Öffentlichkeit bekannt gegeben wurde, war die Choreografin und MacArthur Fellow Liz Lerman eine von vielen, die fragte, was dies für unsere Zukunft und die Zukunft unserer Kinder bedeuten könnte. Um diese Fragen zu beantworten, beschloss sie, ein Multimedia-Stück zu machen, Wilde Schönheit: Genom, in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Wesleyan University und im ganzen Land (Science Choreography, 2011). Nach der Uraufführung der Arbeit war für uns klar, dass wir Video-Performance-Clips von Wilde Schönheit: Genom als “zweites Lehrbuch”𠅎in Ausgangspunkt und eine Quelle der Bereicherung für das Lernen und Nachdenken über Konzepte in der Biologie. Wir haben auch festgestellt, dass eine Reihe der Werkzeuge, die beim Tanzen zum Tanzen verwendet werden, leicht für den Einsatz im Klassenzimmer angepasst werden können, entweder allein oder in Kombination mit Videoclips von Wilde Schönheit: Genom.

Wir wurden durch eine Vielzahl von Herausforderungen motiviert, denen Naturwissenschaftslehrer auf allen Ebenen gegenüberstanden, einschließlich der Wahrnehmung einiger, dass unsere Fächer schwer zu unterrichten und schwer zu erlernen sowie für viele bedrohlich oder uninteressant sind. Unser unmittelbares Ziel war es, die Wissenschaft einer breiten Schülerschaft zugänglicher zu machen. Ein Zielschüler ist der kinästhetische Lernende (Gardner, 1983, Snyder 2000). Der Wert eines bewegungsbasierten Ansatzes zur Erreichung einer vielfältigen Schülerschaft wird durch die Beobachtung unterstrichen, dass verkörpertes Lernen besonders effektiv bei der Einbindung gefährdeter Jugendlicher und ethnischer Minderheiten ist (Park, 1997, Tanner und Allen, 2004).

Unsere gemeinsame Arbeit hat eine Website für naturwissenschaftliche Pädagogen von der Mittelschule bis zum College erstellt (Science Choreography, 2011). Es liefert eine Begründung für die Beschreibungen des Ansatzes einer Toolbox von Lehr- und Lernübungen, einschließlich Videodemonstrationen und Beispiele für inhaltsbasierte Module, die wir zu einer Reihe von Themen entwickelt haben. Stellen Sie sich vor, Studenten, die vor kurzem begonnen haben, Konzepte der Genetik zu erforschen, Phänotypen, Gene, genetische Kreuzungen, treffen sich mit Gregor Mendel, dem Vater der Genetik, um seine Erfahrungen als Gründungswissenschaftler der Biologie zu diskutieren. Was dachte er? Was hat ihn dazu bewogen, seine klassischen Experimente zu entwerfen? Wie hängt die moderne Biologie von Mendels Pionierarbeit ab? Was ist ein Gen? Dies sind einige Kernfragen, die Schüler und Lehrer im Modul Genes and Mendel aufwerfen können, das einen Clip von . enthält Wilde Schönheit: Genom das zeigt eine Tänzerin in der Figur von Mendel. In einem anderen Modul konzentrieren wir uns darauf, ethische Erwägungen in den Biologieunterricht einzubringen, eine Herausforderung, für die naturwissenschaftliche Lehrer möglicherweise nicht das erforderliche Fachwissen haben. Im Modul Ethik und genetische Tests verwenden wir zwei Tools: Stellen Sie eine Frage in kleinen Gruppen oder Walk and Talk in größeren Gruppen, um von einer PowerPoint-basierten Präsentation im Stil einer Vorlesung über das “warum, was, wann und? wie?” von Gentests zum persönlichen Nachdenken und Reden über damit verbundene ethische Fragen, mit Fragen wie “Möchten Sie einen Gentest für eine Krankheit?,” Was wäre, wenn Sie dazu veranlagt wären?,& #x0201d “Wer sollte die Ergebnisse kennen?” Wir sehen auch ein relevantes Segment von Wilde Schönheit: Genom das zeigt eine Darstellerin mit Osteogenesis imperfecta, die im Rollstuhl und auf Krücken tanzt. Im Modul DNA Helix sollen die Studierenden DNA-Eigenschaften voneinander lernen und sich mit dem Modellbau beschäftigen, aber anstatt die von Watson und Crick verwendeten bearbeiteten Metallteile zu verwenden, verwenden sie ihren eigenen Körper ( Abbildung 1 ). Auf diese Weise können die Schüler schrittweise verstehen, was die Strukturen sind und inwiefern einige Modelle robuster sind als andere. Die verkörpernden Werkzeuge sind so konzipiert, dass sie unabhängig von den spezifischen Modulen verwendet werden können, zum Beispiel als kinästhetische Gedächtnisstütze, um den Schülern zu helfen, sich an einen Weg zu erinnern, oder als Mittel für einen Lehrer, um herauszufinden, was Schüler über ein bestimmtes Thema wissen. Es ist erholsam und belebend, die Schüler inmitten eines herkömmlichen sitzenden Klassenzimmers auf die Beine zu bringen.


BEWERTUNGEN DER LERNERGEBNISSE

Diese Bioinformatik-Komponente hat definitiv das Bewusstsein der Studierenden für die Bioinformatik als aufstrebendes Feld erhöht. Die Ergebnisse unserer Umfrage im Frühjahr 2010 zeigten, dass keiner der Studienanfänger von Bioinformatik gehört hatte und durch diesen Kurs erstmals auf das Gebiet und seine wesentliche Rolle in der modernen Biologie aufmerksam wurde. Wir hatten auch den Eindruck, dass die Schüler im Allgemeinen eine erhöhte Begeisterung für das Erlernen der Biologie gezeigt haben, was sich in ihrer aktiven Teilnahme am Unterricht und ihrem Interesse an weiteren Kursen in diesem Bereich wie Einführung in die Bioinformatik und molekulare Evolution widerspiegelt. Die Schülerleistungen wurden hauptsächlich durch Prüfungen, Laborberichte und ein Klassenprojekt bewertet. Zum Beispiel erhielten die Schüler für jedes Labor eine Reihe von Fragen, die darauf abzielten, den Grad ihres Verständnisses der erlernten Konzepte und Fähigkeiten zu bewerten. Alle Schüler konnten die Aufgaben mit Hilfe des Lehrers lösen. Für die Projekte wurde jeder Student gebeten, sich aufgrund seiner eigenen Interessen auf eine bestimmte genetische Störung zu konzentrieren. Das Projekt bewertete die Fähigkeit jedes Studenten, unabhängig Datenbanken zu durchsuchen, um genetische Sequenzen und andere Informationen im Zusammenhang mit der Erkrankung abzurufen, und die genetischen Daten mit bioinformatischen Werkzeugen und Software zu analysieren. Alle Studenten mussten eine Arbeit über ihre Projekte schreiben, um ihre Ergebnisse zu präsentieren. Im Rahmen des Projekts hatten die Studenten mit bioinformatischen Werkzeugen eine breite Palette genetischer Störungen untersucht, darunter Sichelzellenanämie, Huntington-Krankheit, Albinismus, Brustkrebs und viele andere. 70 bis 80 Prozent der Studierenden konnten ihre Projekte zufriedenstellend abschließen.


BEISPIELERGEBNISSE

Jedes der drei Module wird durch die QPCR-Ergebnisse in Tabelle I dargestellt. Ct stellt die Anzahl der QPCR-Zyklen dar, die für jede Probe erforderlich sind, um eine geometrische Amplifikationsphase, auch Schwellenwert genannt, zu erreichen. Ein niedriger Ct-Wert repräsentiert eine stärkere DNA-Amplifikation gegenüber einem höheren Ct-Wert im gleichen Experiment. Der untersuchte Genotyp ist ein VNTR, daher gibt es für den längeren 5/5-Genotyp eine längere DNA-Strecke und einen niedrigeren Ct (mehr Fluoreszenz) als für den 4/4-Genotyp, solange die gleiche anfängliche Menge an Template-DNA wird genutzt. Wie in Tabelle I angegeben, gibt es klare Unterschiede zwischen den drei möglichen Genotypen im QPCR-Modul (wie durch den Unterschied zwischen den Cts angezeigt). Einige der Ergebnisse des QPCR-Moduls wurden mit dem traditionellen PCR-Gelelektrophorese-Modul bestätigt (Abb. 2, Proben 1, 3 und 5). Das Gel zeigt jeden der drei möglichen Genotypen (sowohl homozygot als auch heterozygot) in der entsprechend markierten Spur (Fig. 2). Es ist interessant festzustellen, dass die 4/5-Heterozygote auf dem Agarosegel nicht sauber lief, obwohl die QPCR-Ergebnisse bestätigen, dass auf dem Gel eine Heterozygote zu sein scheint. Diese Art von mehrdeutigen Elektrophorese-Ergebnissen kann ziemlich oft auftreten, und es ist sehr nützlich, zwei verschiedene Möglichkeiten zu haben, um einen bestimmten Datenpunkt zu bestätigen.

Stichprobe 5/5 Ct 4/5 Ct 4/4 Ct Per3 cDNA-Ct Bactin cDNA-Ct Ct
1 24.96 17.33 18.07 −0.74
2 25.07 15.30 15.84 −0.54
3 26.11 15.03 19.39 −4.36
4 25.97 13.21 15.67 −2.46
5 27.30 15.15 12.70 +2.45
6 27.26 15.91 12.51 +3.40
7 27.33 19.09 15.06 +4.03
  • Eine Biochemie-Laborabteilung im Grundstudium an der Lawrence University führte die oben beschriebenen Module mit jeweils einer Wiederholung durch. Der Ct für die DNA jedes Freiwilligen wird für die drei möglichen Genotypen 4/4, 4/5 und 5/5 gezeigt. Die Per3 Ct bezieht sich auf das interessierende Gen und die Bactin Ct steht für das Housekeeping-Gen. Der ΔCt wird berechnet als der Ct des interessierenden Gens minus dem Ct des Housekeeping-Gens

Das zweite Modul untersucht die Per3 mRNA-Expressionsniveau jedes Individuums. Die Expression eines Gens wird durch die genetische Ausstattung des Individuums und Umweltfaktoren beeinflusst. Bei der Bestimmung des Expressionsniveaus muss die Qualität der gesamten RNA-Isolierung kontrolliert werden, indem das Expressionsniveau eines Housekeeping-Gens gemessen wird, dessen Expression konstant bleiben sollte. Der Ct des Housekeeping-Gens wird von dem des interessierenden Gens subtrahiert, um einen ΔCt zu erhalten. Für dieses Experiment zeigen die Daten (Tabelle I) die Variabilität zwischen Individuen. Es kann für Schüler interessant sein, zu versuchen, die mRNA-Expressionsniveaus mit einer Vielzahl von Umweltfaktoren, einschließlich der Schlafqualität des Einzelnen, zu korrelieren (siehe ergänzende Schlafumfrage).

Das dritte Modul reflektiert einen weiteren Einfluss der Umwelt auf die Genexpression, die Methylierung. Die Methylierung eines Gens verringert die mRNA-Expression dieses Gens. Die Pro1 Gen wurde für dieses Modul verwendet, da es im Allgemeinen einen größeren Unterschied in den Methylierungsmustern der Pro1 Gen (insbesondere altersbedingt) als die der Per3 Gen und beide gehören zur gleichen Genfamilie. Die Probe, die mit Primern getestet wurde, die entworfen waren, um an DNA zu binden, die keiner Bisulfit-Umwandlung unterzogen worden war, hatte einen niedrigeren Ct-Wert von 24,44 als die umgewandelte Probe-Ct-Wert von 33,61. Dies weist darauf hin, dass eine geringere Amplifikation der umgewandelten Probe (bei der methylierte Cytosine in Uridine umgewandelt werden) erreicht wurde, da die Primer nicht genau an die Matrizen-DNA anlagern konnten und daher relativ wenig Methylierung auftrat. Somit bietet die Verwendung des epigenetischen Moduls eine ausgezeichnete Gelegenheit, die Chemie und Kinetik der Primerhybridisierung zusätzlich zur Diskussion der Methylierung als Mittel der Transkriptionskontrolle zu diskutieren.


Zelluläre und molekulare Toxikologie

G.Leikauf, K.S. Ramos, in Umfassender Toxikologie, 2010

2.37.5 Schlussfolgerungen

Funktionelle Genomik ist validiert und findet derzeit breite Akzeptanz in der Toxikologie. Dieses Kapitel konzentriert sich auf die Transkriptomik, aber ähnliche Ansätze werden in den Bereichen Proteomik und Metabolomik angewendet. Solche Untersuchungen verbessern nun unser Wissen über die zugrunde liegende Biologie und die regulatorischen Netzwerke, die die an der Toxizität beteiligten Signalkaskaden integrieren. Diese Methoden liefern neue Einblicke in den Wirkmechanismus, insbesondere wenn sie mit klassischen validierten toxikologischen Methoden verglichen werden. Die Toxikogenomik wird die Einführung mechanistischer Erkenntnisse in die Risikobewertung weiter vorantreiben und das Versprechen einer genaueren Bestimmung klassenbezogener biologischer Effekte oder prädiktiver Toxizität erfüllen. Obwohl einige vorgeschlagen haben, dass funktionelle Genomik bestehende Ansätze in der Toxikologie ersetzen wird ( Collins et al. 2008 ) ist es nach wie vor entscheidend, Daten aus mehreren Quellen zu integrieren, um ein umfassendes Verständnis der molekularen Grundlage unerwünschter Reaktionen zu erhalten ( National Research Council 2007 ). Aus diesem Grund müssen verbesserte Algorithmen entwickelt werden, die Daten verschiedener Typen (z. B. Genexpressions-, Proteom- und Metabolomdaten) kombinieren und interpretieren. Die Integration von Daten aus verschiedenen Technologien wird zu synergistischen Interpretationen führen, die über das hinausgehen, was bei einer isolierten Datenanalyse gelöst werden kann. Beispiele hierfür sind die Wechselwirkung zwischen der transkriptionalen Analyse von Proteinfaktoren und Veränderungen der Genexpression sowie zwischen den Spiegeln metabolisierender Enzyme und der Produktion oder Eliminierung von Metaboliten.

Der datenreiche Charakter toxikogenomischer Technologien, verbunden mit Herausforderungen bei der Dateninterpretation, machen die Anwendung der Toxikogenomik in der Risikobewertung von Natur aus komplex. Nichtsdestotrotz schreiten die Fortschritte bei Datenvisualisierungsmethoden und integrierten technologieübergreifenden Bewertungen schnell voran. Darüber hinaus besteht in der Genomik ein dringender Bedarf an einer genaueren Identifizierung orthologer Gene oder Proteine ​​über Arten hinweg. Diese Bemühungen werden unser Verständnis der Erhaltung biologischer Reaktionen auf toxische Verletzungen verbessern und die Verwendung von Ersatzarten erleichtern, die die Reaktionen beim Menschen vorhersagen. Obwohl die Artenunterschiede in den Proteomen groß sein können, sind viele Reaktionen auf chemische und physikalische Stressoren evolutionär konserviert, und Einschränkungen, die durch die Extrapolation zwischen den Arten entstehen, können durch die Fokussierung der Analysen auf artenübergreifend konservierte Prozesse abgemildert werden. Die meisten Proteinnetzwerke von Ratten, Mäusen und Menschen bleiben jedoch uncharakterisiert, und Divergenzen können ein Hauptfaktor für die Unterschiede der Spezies in der Empfindlichkeit oder Reaktion sein.

Die Pathogenese wird typischerweise durch eine lineare Abfolge von Ereignissen definiert. Im Gegensatz dazu sagt die Systembiologie nichtlineare zelluläre Zustände von kompensatorischen Rückkopplungsschleifen voraus, die die wahre Komplexität eines Organismus abbilden. Die Entwicklung einer Wissensdatenbank, um die molekulare Expression auf Netzwerkebene genau widerzuspiegeln, stellt große Herausforderungen an das Datenmanagement, die Integration und die Computermodellierung. Mit der Weiterentwicklung dieser Felder könnte die Entwicklung von Ansätzen, die Modellsysteme und Interaktomanalysen kombinierten, die Komplexität biologischer Systeme entwirren. Die Anwendung der funktionellen Genomik zur Untersuchung des Wirkmechanismus hat unser Verständnis der Biologie, die den schädlichen Wirkungen chemischer und pharmazeutischer Wirkstoffe auf lebende Systeme zugrunde liegt, der regulatorischen Netzwerke, die die an der Toxizität beteiligten Signalkaskaden integrieren, und der Pathogenese umweltbedingter oder medikamenteninduzierter Krankheit. Tatsächlich haben sich mechanistische toxikologische Untersuchungen bei der Risikobewertung, der Arzneimittelentwicklung, der Bewertung der Umweltexposition und dem Verständnis der Variabilität von Mensch und Tier als Reaktion auf Arzneimittel und Chemikalien als nützlich erwiesen. Der bisherige Fortschritt wurde durch den Mangel an umfassenden zeit- und dosisbezogenen Untersuchungen und das Fehlen von Studien mit Expositionsparadigmen, die den menschlichen Zustand getreu wiedergeben, begrenzt. Nichtsdestotrotz wächst dieser Wissenschaftsbereich schnell und die Anwendung zum besseren Verständnis des Wirkmechanismus von Medikamenten und Chemikalien wird weit verbreitet sein.


Schau das Video: PBS - Genetic Toolkit (Juni 2022).


Bemerkungen:

  1. Kajirisar

    Ich denke du liegst falsch. Wir müssen diskutieren. Schreiben Sie mir in PM, sprechen Sie.

  2. Dewitt

    Was für eine angenehme Antwort

  3. Dominique

    Meiner Meinung nach irren Sie sich. Ich kann die Position verteidigen. Schreiben Sie mir in PM, wir werden reden.

  4. Jediah

    Bravo, diese geniale Idee ist übrigens notwendig

  5. Boulus

    Ich bin sicher, dass Sie sich irren.

  6. Raedeman

    Welches ausgezeichnete Thema



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