Information

Kann DNA direkt verwendet werden, um das Alter einer Mutation zu bestimmen?

Kann DNA direkt verwendet werden, um das Alter einer Mutation zu bestimmen?


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.

Ich habe untersucht, dass in einer Probe gefundene Proteine ​​als biochemische Beweise für die Evolution dienen. Seine Variation in Struktur und Konfiguration kann verwendet werden, um das Alter zu datieren, in dem diese Mutation aufgetreten ist, wodurch die Probe effektiv datiert wird. Aber kann DNA nicht direkt für den Prozess verwendet werden? Proteine ​​erfordern auch Transkription und Translation, was die Fehler erhöht. Ich denke, Proteine ​​erleichtern den phylogenetischen Nachweis, aber bieten Transkription und Übersetzung nicht mehr Raum für Fehler?


Ja, du hast recht. Proteine ​​werden durch DNA-Sequenzen spezifiziert, daher ist die DNA-Sequenzierung ein direkterer Weg, um im Wesentlichen die gleichen Informationen zu erhalten. Beachten Sie, dass die Mutationsdatierung über DNA oder Proteine ​​eine ungefähre Angabe ist. Es beinhaltet viele Annahmen über kontinuierliche Mutationsraten, aber tatsächlich ist Mutation ein stochastischer Prozess und hat keine erkennbare kontinuierliche Rate. Die Reihenfolge von Mutationen kann mit hoher Sicherheit bestimmt werden, aber die Bewertung kann nur näherungsweise bestimmt werden.


Bücherregal

NCBI-Bücherregal. Ein Service der National Library of Medicine, National Institutes of Health.

H. Lodish, A. Berk, SL Zipursky et al. Molekulare Zellbiologie. 4. Auflage. New York: W. H. Freeman 2000.

  • Nach Absprache mit dem Verlag ist dieses Buch über die Suchfunktion zugänglich, jedoch nicht durchsuchbar.


Wie DNA Veränderungen ansammelt

Molekulare Uhren basieren auf zwei biologischen Schlüsselprozessen, die die Quelle aller erblichen Variationen sind: Mutation und Rekombination.

Mutationen sind Veränderungen des DNA-Codes, beispielsweise wenn eine Nukleotidbase (A, T, G oder C) fälschlicherweise in eine andere subsumiert wird. DNA-Bild über www.shutterstock.com

Mutationen sind Veränderungen an den Buchstaben des genetischen Codes der DNA – zum Beispiel wird aus einem Nukleotid Guanin (G) ein Thymin (T). Diese Veränderungen werden von zukünftigen Generationen vererbt, wenn sie in Eiern, Spermien oder ihren zellulären Vorläufern (der Keimbahn) auftreten. Die meisten resultieren aus Fehlern, wenn sich die DNA während der Zellteilung kopiert, obwohl andere Arten von Mutationen spontan oder durch Exposition gegenüber Gefahren wie Strahlung und Chemikalien auftreten.

In einem einzigen menschlichen Genom gibt es etwa 70 Nukleotidänderungen pro Generation – winzig in einem Genom aus sechs Milliarden Buchstaben. Aber insgesamt führen diese Veränderungen über viele Generationen zu erheblichen evolutionären Variationen.

Wissenschaftler können Mutationen verwenden, um das Timing von Zweigen in unserem evolutionären Baum abzuschätzen. Zuerst vergleichen sie die DNA-Sequenzen zweier Individuen oder Arten und zählen die neutralen Unterschiede, die die Überlebens- und Fortpflanzungschancen nicht verändern. Wenn sie die Rate dieser Änderungen kennen, können sie dann die Zeit berechnen, die benötigt wird, um so viele Unterschiede zu akkumulieren. Dies sagt ihnen, wie lange es her ist, dass die Personen gemeinsame Vorfahren haben.

Ein DNA-Vergleich zwischen Ihnen und Ihrem Geschwister würde relativ wenige Mutationsunterschiede aufzeigen, da Sie vor einer Generation gemeinsame Vorfahren – Mama und Papa – haben. Es gibt jedoch Millionen von Unterschieden zwischen Menschen und Schimpansen, die unser letzter gemeinsamer Vorfahre vor über sechs Millionen Jahren lebte.

Teile der Chromosomen von deiner Mutter und deinem Vater rekombinieren, während sich deine DNA auf die Weitergabe vorbereitet. Chromosomenbild über www.shutterstock.com.

Die Rekombination, auch als Crossing-Over bekannt, ist die andere Hauptmethode, mit der die DNA im Laufe der Zeit Veränderungen ansammelt. Es führt zum Mischen der beiden Kopien des Genoms (eine von jedem Elternteil), die in Chromosomen gebündelt sind. Während der Rekombination reihen sich die entsprechenden (homologen) Chromosomen aneinander und tauschen Segmente aus, sodass das Genom, das Sie an Ihre Kinder weitergeben, ein Mosaik der DNA Ihrer Eltern ist.

Beim Menschen treten etwa 36 Rekombinationsereignisse pro Generation auf, ein oder zwei pro Chromosom. Da dies in jeder Generation geschieht, werden Segmente, die von einem bestimmten Individuum geerbt wurden, in immer kleinere Stücke aufgeteilt. Basierend auf der Größe dieser Brocken und der Häufigkeit der Überkreuzungen können Genetiker schätzen, wie lange es her ist, dass diese Person Ihr Vorfahre war.

Der Genfluss zwischen divergenten Populationen führt zu Chromosomen mit mosaikartiger Abstammung. Da in jeder Generation eine Rekombination stattfindet, werden die Teile der Neandertaler-Vorfahren in modernen menschlichen Genomen mit der Zeit immer kleiner. Bridget Alex, CC BY-ND


Ergebnisse

Eigenschaften von Chloroplastengenomen

Mit den 92 Myrtales-Chloroplastgenomen, die in dieser Studie verwendet wurden, waren sechs Familien vertreten: Melastomataceae (42 Arten in fünf Unterfamilien), Myrtaceae (einschließlich 19 Arten in fünf Unterfamilien), Vochysiaceae (sieben Arten), Lythraceae (13 Arten in drei Unterfamilien), Onagraceae (drei Arten in zwei Unterfamilien) und Combretaceae (acht Arten in einer Unterfamilie). Alle Chloroplastengenome haben eine typische vierteilige Struktur: große Einzelkopie-Region (LSC), kleine Einzelkopie-Region (SSC) und zwei invertierte Wiederholungsregionen (IRs) (Abb. 2). Die Länge der Chloroplastengenome in den 42 Proben von Melastomataceae reichte von 153.304 bp (Sarcopyramis napalensis, MK994868.1) bis 157.991 bp (Astronia smilacifolia, MK994883.1), während die 19 Proben von Myrtaceae im Bereich von 156,129 bp (Rhodomyrtus tomentosa, NC_043848.1) bis 160.459 bp (Eukalyptus grandis). Die Chloroplastengenome der sieben Vochysiaceae-Proben hatten eine Länge von 160.687 bp (Erisma bracteosum, NC_043794.1) bis 171.315 bp (Vochysia acuminata, NC_043811.1), reichten die 13 Lythraceae-Proben von 152,214 bp (Lagerstroemia excelsa, NC_042896.1) bis 160.054 bp (Pemphis acidula, NC_041439.1) und die drei Onagraceae-Proben reichten von 159.396 bp (Ludwigia octovalvis, NC_031385.1) bis 165.779 bp (Oenothera villaricae, NC_030532.1). Schließlich reichte die Länge der Chloroplastengenome in den acht Proben von Combretaceae von 159.750 bp (Terminalia guyanensis, NC_043807.1) bis 161.773 bp (Combretum littoreum). Über alle Chloroplastengenome von Myrtales hinweg betrug der Unterschied in der Plastomgröße zwischen den Familien 19.101 bp, der Unterschied der IR-Region betrug 12.846 bp, der Unterschied der SSC-Region betrug 8553 bp und der Unterschied der LSC-Region betrug 7558 bp. Alle 92 Chloroplastengenome zeigten eine typische vierteilige Struktur, bestehend aus zwei IR-Regionen (26.781–36.747 bp), die durch die LSC- (83.691–91.249 bp) und die SSC-Regionen (11.150–19.703 bp) getrennt waren (Tabelle 1). Darüber hinaus sind insgesamt 123–133 Gene kodiert, von denen 106–116 Einzelkopien mit 17 in den IR-Regionen duplizierten Genen sind. Von den einzigartigen Genen sind 77–81 Protein-kodierende Gene, 29–31 sind tRNA-Gene und vier sind rRNA-Gene. Der Gesamt-GC-Gehalt der Chloroplastengenome ist sehr ähnlich (36,9–38,9%), wobei der durchschnittliche GC-Gehalt über die gesamten Chloroplastengenome 37% beträgt, während die verschiedenen Regionen einen leicht variablen GC-Gehalt mit LSC, SSC und IR im Bereich von . aufwiesen 34,7–37,3%, 30,6–36,8% bzw. 39,7–43,5% (Tabellen 1 und 2).

Genkarte des Chloroplastengenoms von Myrtales. Gene auf der Innenseite des äußeren Kreises werden im Uhrzeigersinn transkribiert und die Außenseiten werden gegen den Uhrzeigersinn transkribiert


Wie DNA funktioniert

Im menschlichen Genom gibt es 50.000 bis 100.000 Gene. Da die DNA-Polymerase die DNA-Sequenz kopiert, treten einige Fehler auf. Beispielsweise kann eine DNA-Base in einem Gen durch eine andere ersetzt werden. Dies nennt man a Mutation (insbesondere a Punktmutation) oder Variation im Gen. Da der genetische Code eingebaute Redundanzen aufweist, hat dieser Fehler möglicherweise keine großen Auswirkungen auf das vom Gen gebildete Protein. In einigen Fällen kann der Fehler in der dritten Base eines Codons liegen und dennoch dieselbe Aminosäure im Protein angeben. In anderen Fällen kann es sich an anderer Stelle im Codon befinden und eine andere Aminosäure angeben. Wenn sich die veränderte Aminosäure nicht in einem entscheidenden Teil des Proteins befindet, kann es zu keinen negativen Auswirkungen kommen. Befindet sich die veränderte Aminosäure jedoch in einem entscheidenden Teil des Proteins, dann kann das Protein defekt sein und nicht so gut funktionieren oder diese Art der Veränderung kann zu Krankheiten führen.

Andere Arten von Mutationen in der DNA können auftreten, wenn kleine DNA-Segmente das Chromosom abbrechen. Diese Segmente können an einer anderen Stelle im Chromosom wieder platziert werden und den normalen Informationsfluss unterbrechen. Solche Mutationen (Deletionen, Insertionen, Inversionen) haben meist schwerwiegende Folgen.

Wie oben erwähnt, gibt es im menschlichen Genom viel zusätzliche DNA, die nicht für Proteine ​​kodiert. Was diese zusätzliche nicht-kodierende DNA tut, wird aktiv erforscht. Vielleicht ist ein Teil davon nur Abstand, um die Gene für die Transkriptionsenzyme in einem bestimmten Abstand voneinander zu halten. Einige könnten Orte sein, an denen Umweltchemikalien binden und die DNA-Transkription und/oder -Translation beeinflussen könnten. Außerdem gibt es innerhalb dieser zusätzlichen DNA viele Variationssequenzen, die bei der DNA-Typisierung verwendet werden (siehe Funktionsweise von DNA-Beweisen).

DNA-Sequenzierung

Das Human Genome Project (HGP) wurde in den 1990er Jahren mit dem Ziel initiiert, die Sequenz des gesamten menschlichen Genoms zu bestimmen. Welche Gene waren vorhanden? Wo befanden sie sich? Wie waren die Sequenzen der Gene und der dazwischenliegenden DNA (nicht-kodierende DNA)? Diese Aufgabe war monumental, im Einklang mit dem Auftrag des US-amerikanischen Apollo-Projekts, einen Mann auf dem Mond zu platzieren. Die Wissenschaftler und Auftragnehmer von HGP entwickelten neue Technologien zur DNA-Sequenzierung, die automatisiert und kostengünstiger waren.

Um DNA zu sequenzieren, gibt man im Grunde alle Enzyme und Nukleotide (A, G, C und T), die notwendig sind, um die DNA zu kopieren, in ein Reagenzglas. An einem kleinen Prozentsatz der Nukleotide ist ein fluoreszierender Farbstoff angebracht (für jeden Typ eine andere Farbe). Geben Sie dann die DNA, die Sie sequenzieren möchten, in das Reagenzglas und lassen Sie es eine Weile inkubieren.

Während des Inkubationsprozesses wird die Proben-DNA immer wieder kopiert. Bei jeder gegebenen Kopie stoppt der Kopiervorgang, wenn ein fluoreszierendes Nukleotid darin platziert wird. Am Ende des Inkubationsprozesses haben Sie also viele Fragmente der ursprünglichen DNA unterschiedlicher Größe, die in einem der fluoreszierenden Nukleotide enden. Für eine Animation dieses Prozesses der DNA-Sequenzierung besuchen Sie DNA Interactive, gehen Sie zu Techniken und dann zu Sortieren und Sequenzieren.

Die DNA-Technologie wird sich weiterentwickeln, während wir versuchen zu verstehen, wie die Elemente des menschlichen Genoms funktionieren und mit der Umwelt interagieren.

Weitere Informationen zu DNA und verwandten Themen finden Sie unter den folgenden Links.

Ein Gen in deiner DNA kodiert für ein Enzym (Proteinart, die eine chemische Reaktion beschleunigt), mit der Sie eine bestimmte Aminosäure namens . abbauen können Phenylalanin in Milch gefunden. Bei einigen Personen fehlt dieses Gen oder ist defekt. Sie bilden das Enzym nicht und können Phenylalanin nicht abbauen. Wenn diese Personen als Säuglinge regelmäßig Milch oder Milchprodukte erhalten, reichert sich das ungebrochene Phenylalanin an und verursacht Hirnschäden (Die Krankheit wird als bezeichnet). Phenylketonurie). Glücklicherweise wird bei der Geburt ein Gentest durchgeführt, der diese Babys identifizieren kann, die dann mit Milchprodukten ohne Phenylalanin (wie Sojamilch) gefüttert werden können.


Kann DNA direkt verwendet werden, um das Alter einer Mutation zu bestimmen? - Biologie

1987 gaben drei Wissenschaftler in der Zeitschrift bekannt Natur dass sie für uns alle einen gemeinsamen Vorfahren gefunden hatten, eine Frau, die vor 200.000 Jahren in Afrika lebte. Ihr wurde der Name "Eve" gegeben, was großartig war, um Aufmerksamkeit zu erregen, wenn auch etwas irreführend, da der Name sofort an die biblische Eva erinnerte und damit an die irrige Vorstellung, dass die Vorfahrin die erste unserer Spezies war – die Frau von dem die ganze Menschheit abstammt.

Die fragliche "Eva" war tatsächlich der jüngste gemeinsame Vorfahre durch matrilineare Abstammung aller heute lebenden Menschen. Das heißt, alle heute lebenden Menschen können einen Teil ihres genetischen Erbes durch ihre Mütter auf diese eine Frau zurückführen. Die Wissenschaftler stellten die Existenz dieser uralten Frau auf, indem sie in die Zellen lebender Menschen schauten und kurze Schleifen des genetischen Codes analysierten, die als mitochondriale DNA oder kurz mtDNA bekannt sind. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler mtDNA verwendet, um die Evolution und Migration der menschlichen Spezies zu verfolgen, einschließlich der Zeit, als der gemeinsame Vorfahr des modernen Menschen und des Neandertalers lebte, obwohl es erhebliche Debatten über die Gültigkeit und den Wert der Ergebnisse gab.


Bei der Reproduktion vermischt sich die Kern-DNA eines Elternteils mit der Kern-DNA des anderen. MtDNA hingegen wird unverändert von der Mutter an die Nachkommen weitergegeben.
Nukleare DNA vs. mitochondriale DNA Woran denkst du, wenn jemand menschliche DNA erwähnt? Wenn Sie sich ein wenig mit dem Thema auskennen, denken Sie vielleicht an die 46 Chromosomen, die den Kern fast jeder Zelle Ihres Körpers bewohnen. Diese Chromosomen enthalten den Großteil der genetischen Informationen, die Sie von Ihren Eltern geerbt haben.

Außerhalb des Zellkerns, aber noch innerhalb der Zelle, liegen Mitochondrien. Mitochondrien sind winzige Strukturen, die den Zellen auf verschiedene Weise helfen, einschließlich der Erzeugung der Energie, die die Zellen benötigen. Jedes Mitochondrion – es gibt ungefähr 1.700 in jeder menschlichen Zelle – umfasst eine identische DNA-Schleife mit einer Länge von etwa 16.000 Basenpaaren, die 37 Gene enthält. Im Gegensatz dazu besteht die Kern-DNA aus drei Milliarden Basenpaaren und schätzungsweise 70.000 Genen. (Diese Schätzung wurde seit der Ankündigung, dass das menschliche Genom entschlüsselt wurde, mehrmals nach oben korrigiert und wird es wahrscheinlich wieder tun.)


Vererbung von mtDNA Immer wenn eine Eizelle befruchtet wird, gelangen Kernchromosomen einer Samenzelle in die Eizelle und verbinden sich mit der Kern-DNA der Eizelle, wodurch eine Mischung des genetischen Codes beider Elternteile entsteht. Die mtDNA der Samenzelle bleibt jedoch außerhalb der Eizelle zurück.

Die befruchtete Eizelle enthält also eine Mischung aus der nuklearen DNA von Vater und Mutter und eine exakte Kopie der mtDNA der Mutter, aber keine mtDNA des Vaters. Das Ergebnis ist, dass mtDNA nur entlang der mütterlichen Linie weitergegeben wird. Dies bedeutet, dass die gesamte mtDNA in den Zellen des Körpers einer Person Kopien der mtDNA ihrer Mutter sind, und die gesamte mtDNA der Mutter ist eine Kopie der mtDNA ihrer Mutter und so weiter. Egal wie weit Sie zurückgehen, mtDNA wird immer nur von der Mutter geerbt.

Wenn Sie in Ihrem eigenen Stammbaum sechs Generationen zurückgehen würden, würden Sie sehen, dass Ihre Kern-DNA von 32 Männern und 32 Frauen geerbt wird [1] . Ihre mtDNA hingegen stammte von nur einer dieser 32 Frauen.

Was ist also mit all der mtDNA der anderen Frauen, die zu "Eves" Zeit lebten? Was ist damit passiert? Einfach so: Irgendwann hatten sie weibliche Nachkommen, die nur Söhne (oder keine Kinder) hatten. Als dies geschah, wurde die Weitergabe ihrer mtDNA gestoppt.


Mitochondriale Vorfahren finden Obwohl jeder heute lebende Mensch auf der Erde seine mtDNA von einer Person geerbt hat, die vor langer Zeit gelebt hat, ist unsere mtDNA nicht genau gleich. Zufällige Mutationen haben den genetischen Code über Jahrtausende verändert. Aber diese Mutationen sind in gewisser Weise organisiert. Nehmen wir zum Beispiel an, dass 10.000 Jahre nach dem jüngsten gemeinsamen Vorfahren einer der mtDNA-Zweige eine Mutation erfahren hat. Von diesem Zeitpunkt an würde diese mtDNA-Linie diese Änderung enthalten. Ein anderer Zweig kann eine Mutation an einem anderen Ort erfahren. Auch diese Änderung würde weitergegeben. Was wir am Ende haben würden, sind einige Nachkommen, deren mtDNA genau oder sehr ähnlich der von einigen Leuten ist, etwas wie die von anderen und weniger wie die von wieder anderen. Durch die Betrachtung der Ähnlichkeiten und Unterschiede der mtDNA all dieser Individuen konnten die Forscher versuchen, zu rekonstruieren, wo die Verzweigung stattfand.

Dies haben einige Forscher getan. Für das Original 1987 Natur Artikels untersuchten die drei Autoren (Rebecca Cann, Mark Stoneking und Allan Wilson) die mtDNA von 147 Menschen von Kontinenten auf der ganzen Welt (obwohl sie sich für Afrikaner auf Afroamerikaner verließen [2] ). Später stellten sie mit Hilfe eines Computerprogramms eine Art Stammbaum zusammen, gruppierten diejenigen mit der ähnlichsten DNA zusammen, gruppierten dann die Gruppen und gruppierten dann die Gruppen von Gruppen. Der Baum, den sie schließlich erhielten, zeigte, dass einer der beiden Hauptzweige nur aus afrikanischer mtDNA bestand und der andere aus mtDNA aus der ganzen Welt, einschließlich Afrikas. Daraus schlossen sie, dass der jüngste gemeinsame mtDNA-Vorfahre eine afrikanische Frau war. [3]


Datierung mitochondrialer Vorfahren Die drei Forscher gingen sogar noch weiter – sie schätzten das Alter der Vorfahren. Um die Schätzung zu erhalten, gingen sie davon aus, dass die zufälligen Mutationen mit einer konstanten Rate auftraten. Und da sie nun eine Vorstellung davon hatten, wie sehr sich die mtDNA gegenüber der des Vorfahren verändert hatte, brauchten sie nur noch die Mutationsrate, um das Alter des Vorfahren zu bestimmen. Wenn sie beispielsweise eine Mutationsrate von einer in 1.000 Jahren annahmen und wüssten, dass zwischen der mtDNA der heute lebenden Menschen und der mtDNA eines Vorfahren, die vor langer Zeit gelebt haben, ein Unterschied von 10 Mutationen besteht, dann könnten sie daraus schließen, dass die Vorfahr lebte vor 10.000 Jahren.

Cann, Stoneking und Wilson schätzten die Mutationsrate, indem sie die mtDNA von Personengruppen untersuchten, deren Vorfahren zu bekannten Zeiten in Gebiete einwanderten. Eine Gruppe waren australische Ureinwohner, deren Vorfahren vor damals berechneten 30.000 Jahren auf den Inselkontinent zogen. [4] Da die drei dann wussten, wie lange es dauerte, bis die mtDNA dieser Gruppe divergierte und wie stark sie divergierte, bestimmten sie die Mutationsrate. Mit dieser Rate stellten sie fest, dass der jüngste gemeinsame Vorfahre vor 140.000 bis 290.000 Jahren lebte (was sie vor ungefähr 200.000 Jahren im Durchschnitt schätzten). Das war 1987. Seitdem haben Forscher die Schätzung auf vor 120.000 bis 150.000 Jahren aktualisiert. Die Fehlerspanne für diese und die vorherige Schätzung ist jedoch erheblich. Wenn alle Variablen berücksichtigt werden, liegt der aktuelle Bereich eher zwischen 50.000 und 500.000.


Mitochondriale DNA wird aus den Knochen von Neandertalern extrahiert und mit der mtDNA von Lebenden verglichen Homo sapiens.
Neandertaler und mtDNA Die Ermittlung unseres jüngsten gemeinsamen Vorfahren beruht ausschließlich auf Rückschlüssen aus der mtDNA der heute lebenden Menschen. Was wäre, wenn wir unsere mtDNA tatsächlich mit der mtDNA eines entfernten Vorfahren vergleichen könnten? Dies geschah tatsächlich mit mtDNA aus den Knochen von Neandertalern. Beim Vergleich der mtDNA dieser Neandertaler mit der mtDNA lebender Menschen aus verschiedenen Kontinenten haben Forscher herausgefunden, dass die mtDNA der Neandertaler nicht näher mit der von Menschen von einem Kontinent über einem anderen verwandt ist. Dies war ein unwillkommener Befund für Anthropologen, die glauben, dass es eine Kreuzung zwischen Neandertalern und den in Europa lebenden Menschen der Frühen Neuzeit gab (was möglicherweise geholfen hätte zu erklären, warum moderne Europäer einige Neandertaler-ähnliche Merkmale aufweisen). Diese bestimmten Anthropologen hätten stattdessen erwartet, dass die Neandertaler mtDNA ist der moderner Europäer ähnlicher als der anderer Völker. Darüber hinaus stellten die Forscher fest, dass der gemeinsame Vorfahre der Neandertaler und der modernen Homo sapiens lebte vor 500.000 Jahren, lange vor dem jüngsten gemeinsamen mtDNA-Vorfahren des modernen Menschen. Dies legt nahe (obwohl es nicht beweist), dass Neandertaler ausgestorben sind, ohne zum Genpool eines modernen Menschen beigetragen zu haben.


Schlussbemerkung Es gibt viele Variablen, die die Mutationsrate von mtDNA beeinflussen können, einschließlich der Möglichkeit, dass mtDNA nicht immer ausschließlich über mütterliche Linien vererbt wird. Tatsächlich zeigen neuere Studien, dass väterliche mtDNA in seltenen Fällen während der Befruchtung in eine Eizelle eindringen und die mütterliche mtDNA durch Rekombination verändern kann. Eine solche Rekombination würde die Mutationsrate drastisch beeinflussen und Datumsschätzungen zunichte machen.

Es überrascht nicht, dass es derzeit eine hitzige Debatte über den Wert der "mitochondrialen Eva" gibt, insbesondere zwischen Genetikern auf der Suche nach Geschichte und einigen Paläoanthropologen, die Fossilien finden. Laut diesen Anthropologen ist dieses Wissen bedeutungslos, selbst wenn wir das Alter der Vorfahren genau einschätzen könnten, da sie in Wirklichkeit nur die Frau ist, deren mtDNA nicht durch zufällige Aussterben der Abstammungslinie ausgestorben ist. Darüber hinaus bedeutet ihr Status als jüngste gemeinsame Vorfahrin nicht, dass sie und ihre Zeitgenossen sich von ihren Vorfahren unterschieden. (Denken Sie daran, dass sie und alle ihre Zeitgenossen ihre eigene mitochondriale Eva hatten.)

Die vielleicht wertvollste Erkenntnis bezüglich der "jüngsten gemeinsamen Vorfahren" ist, dass sie wahrscheinlich in Afrika lebte – ein Befund, der die populärsten Theorien über die weltweite Verbreitung von Hominiden stützt.


Rick Groleau ist leitender Redakteur von NOVA Online.


Anmerkungen 1. Es sei denn, zwei oder mehr dieser 64 haben sich verheiratet und haben Kinder geboren, von denen Sie abstammen. Zum Beispiel könnte Ihr Ururgroßvater mütterlicherseits mit Ihrer Ururgroßmutter väterlicherseits geheiratet und Kinder bekommen haben. In diesem Fall würde die Anzahl Ihrer Vorfahren in diesem Beispiel auf 63 sinken.

2. Obwohl die ursprüngliche Studie dafür kritisiert wurde, Afroamerikaner anstelle von einheimischen Afrikanern zu verwenden, kam eine nachfolgende Studie, in der die Forscher mtDNA von einheimischen Afrikanern verwendeten, zu ähnlichen Ergebnissen.

3. Andere Forscher zeigten später, dass das Computerprogramm andere Variationen des Baumes entwickeln konnte, von denen einige keinen Afrikaner an die Wurzel des Baumes stellten. Diese Studie kann daher nicht als definitiver Beweis dafür angesehen werden, dass der Vorfahre in Afrika lebte. Es deutet jedoch immer noch darauf hin, dass der Mensch aus Afrika stammt, eine Hypothese, die andere, neuere Studien unterstützen.

4. Das Datum für die Auswanderung nach Australien wird heute auf 50.000 bis 60.000 Jahre geschätzt.

Quellen "Menschliche Evolution." Svante Pääbo. Trends in der Genetik. 15(12): M13-M16, 1999.

"Neandertaler-DNA-Sequenzen und der Ursprung des modernen Menschen." Matthias Krings et al. Zelle, 11. Juli 1997.

"Mitochondriale DNA und menschliche Evolution." Rebecca L. Cann, Mark Stoneking, Allan C. Wilson. Natur, 1. Januar 1987.

"Der Fall der mitochondrialen Eva." Frank R. Zindler. Amerikanischer Atheist, Februar 1988.

Shreeve, James. Das Neandertaler-Rätsel: Das Geheimnis der modernen menschlichen Ursprünge lösen. New York: Avon Books, 1995.

Stringer, Christopher Clive Gamble. Auf der Suche nach den Neandertalern: Das Rätsel der menschlichen Herkunft lösen. New York: Thames und Hudson, Inc., 1993.


Länge von DNA-Strängen kann die Lebenserwartung vorhersagen

Kann die Länge der DNA-Stränge bei Patienten mit Herzerkrankungen ihre Lebenserwartung vorhersagen? Forscher des Intermountain Heart Institute am Intermountain Medical Center in Salt Lake City, die die DNA von mehr als 3.500 Patienten mit Herzerkrankungen untersucht haben, sagen, dass dies möglich ist.

In der neuen Studie, die am Samstag, den 9. März auf der jährlichen wissenschaftlichen Sitzung des American College of Cardiology in San Francisco vorgestellt wurde, konnten die Forscher die Überlebensraten von Patienten mit Herzerkrankungen anhand der Länge der DNA-Stränge an den Enden der Chromosomen, die als Telomere bekannt sind – je länger die Telomere des Patienten sind, desto größer ist die Chance auf ein längeres Leben.

Die Studie ist eine von 17 Studien des Intermountain Heart Institute am Intermountain Medical Center, die auf der wissenschaftlichen Sitzung präsentiert werden, an der Tausende von Kardiologen und Herzexperten aus der ganzen Welt teilnehmen.

Frühere Forschungen haben gezeigt, dass die Telomerlänge als Maß für das Alter verwendet werden kann, aber diese erweiterten Ergebnisse legen nahe, dass die Telomerlänge auch die Lebenserwartung von Patienten mit Herzerkrankungen vorhersagen kann.

Telomere schützen die Chromosomenenden vor Beschädigungen. Mit zunehmendem Alter werden die Telomere kürzer, bis sich die Zelle nicht mehr teilen kann. Verkürzte Telomere werden mit altersbedingten Erkrankungen wie Herzkrankheiten oder Krebs sowie oxidativen Schäden durch Stress, Rauchen, Luftverschmutzung oder Bedingungen, die das biologische Altern beschleunigen, in Verbindung gebracht.

"Chromosomen werden von Natur aus kürzer, wenn wir älter werden", sagte John Carlquist, PhD, Direktor des Genetics Lab des Intermountain Heart Institute. „Wenn sie zu kurz werden, funktionieren sie nicht mehr richtig und signalisieren das Ende des Lebens der Zelle. Und wenn die Zellen dieses Stadium erreichen, steigt das Risiko des Patienten für altersbedingte Erkrankungen dramatisch.“

Dr. Carlquist und seine Kollegen vom Intermountain Heart Institute am Intermountain Medical Center testeten die DNA-Proben von mehr als 3.500 Herzinfarkt- und Schlaganfallpatienten.

„Unsere Forschung zeigt, dass Patienten mit längeren Telomeren länger leben, wenn wir das Alter statistisch anpassen, was darauf hindeutet, dass die Telomerlänge mehr als nur ein Maß für das Alter ist, sondern auch die Überlebenswahrscheinlichkeit anzeigen kann. Eine längere Telomerlänge korreliert direkt mit der Wahrscheinlichkeit für ein längeres Leben – auch für Patienten mit Herzerkrankungen", sagte Dr. Carlquist.

Dr. Carlquist und seine Kollegen vom Intermountain Heart Institute am Intermountain Medical Center griffen auf zwei einzigartige Ressourcen zurück, die Forschern eine beispiellose Möglichkeit bieten, die Auswirkungen der Telomerlänge und der Überlebensraten von Herzpatienten zu untersuchen:

  • Ein Archiv von DNA-Proben aus peripherem Blut, die von fast 30.000 Herzpatienten gesammelt wurden, mit bis zu 20 Jahren klinischer Nachbeobachtung und Überlebensdaten. Dies wird im computergestützten Medizininformatik-Aufzeichnungssystem von Intermountain Healthcare gespeichert.

"Mit so vielen Proben und sehr vollständigen elektronischen Aufzeichnungen ist es eine einzigartige Ressource", sagte Dr. Carlquist. "Es ist weltweit einzigartig und ermöglicht es uns, die Änderungsrate der Länge der Telomere eines Patienten im Laufe der Zeit zu messen, anstatt nur eine Momentaufnahme in der Zeit, die für die meisten Studien typisch ist."

  • Die Möglichkeit, mit Experten aus der ganzen Welt zusammenzuarbeiten, darunter Richard Cawthon, MD, PhD, ein internationaler Experte für Telomermessung und -funktion.

"Ich glaube, dass die Telomerlänge in Zukunft dazu verwendet werden könnte, die Wirksamkeit der Herzbehandlung zu messen", sagte Dr. Carlquist. "Wir können bereits Cholesterin und Blutdruck eines Patienten testen, um zu sehen, wie die Behandlung wirkt, aber dies könnte uns einen tieferen Einblick geben, wie sich die Behandlung auf den Körper auswirkt und ob die Behandlung wirkt oder nicht."


So verfolgen Wissenschaftler die genetische Entwicklung von COVID-19

Warum interessieren sich Wissenschaftler für Mutationen des Coronavirus? Bildnachweis: Alexandr Gnezdilov Lichtmalerei

Wenn Sie den Begriff "Evolutionsbaum" hören, denken Sie vielleicht an Charles Darwin und die Erforschung der Beziehungen zwischen verschiedenen Arten über einen Zeitraum von Millionen von Jahren.

Während das Konzept eines "Evolutionsbaums" aus Darwins "Über die Entstehung der Arten" stammt, kann man dieses Konzept auf alles anwenden, was sich entwickelt, einschließlich Viren. Wissenschaftler können die Evolution von SARS-CoV-2 untersuchen, um mehr darüber zu erfahren, wie die Gene des Virus funktionieren. Es ist auch nützlich, Rückschlüsse auf die Verbreitung des Virus auf der ganzen Welt zu ziehen und welche Art von Impfstoff am wirksamsten sein kann.

Ich bin ein Bioinformatiker, der die Zusammenhänge zwischen Epidemien und Virusentwicklung untersucht, und ich gehöre zu den vielen Forschern, die jetzt die Entwicklung von SARS-CoV-2 untersuchen, weil es Forschern und Beamten des öffentlichen Gesundheitswesens helfen kann, die Ausbreitung des Virus im Laufe der Zeit zu verfolgen. Was wir feststellen, ist, dass das SARS-CoV-2-Virus langsamer mutiert als die saisonale Grippe, was es Wissenschaftlern ermöglichen könnte, einen Impfstoff zu entwickeln.

Wie entstehen Sequenzen?

Viren entwickeln sich durch Mutation. Das heißt, es gibt Veränderungen in ihrem genetischen Code im Laufe der Zeit. Die Art und Weise, wie es passiert, ist ein bisschen wie bei diesem Telefonspiel. Amy ist die erste Spielerin und ihr Wort ist "CAT". Sie flüstert Ben ihr Wort zu, der aus Versehen hört "mAT." Ben flüstert Carlos sein Wort zu, der "MA ." hörtD." Im Laufe des Telefonspiels wird sich das Wort immer weiter von seiner ursprünglichen Form entfernen.

Wir können uns ein biologisches genetisches Material als eine Folge von Buchstaben vorstellen, und mit der Zeit mutieren Folgen: Die Buchstaben der Folge können sich ändern. Wissenschaftler haben verschiedene Modelle der Sequenzentwicklung entwickelt, um zu untersuchen, wie Mutationen im Laufe der Zeit auftreten.

Ähnlich wie bei unserem Telefonspiel ändert sich die Genomsequenz des SARS-CoV-2-Virus im Laufe der Zeit: Mutationen treten zufällig auf, und alle Änderungen, die bei einem bestimmten Virus auftreten, werden von allen Kopien der nächsten Generation vererbt. Dann können Wissenschaftler, so sehr wir versuchen könnten, zu entschlüsseln, wie aus „CAT“ „MAD“ wurde, Modelle zur genetischen Evolution verwenden, um zu versuchen, die wahrscheinlichste Evolutionsgeschichte des Virus zu bestimmen.

Charles Darwins erstes Diagramm eines Evolutionsbaums, gezeichnet 1837. Credit: Cambridge University Library

Wie können wir dies auf Viren wie COVID-19 anwenden?

DNA-Sequenzierung ist der Prozess des experimentellen Auffindens der Sequenz von Nukleotiden (A, C, G und T) – den chemischen Bausteinen der Gene – eines DNA-Stücks. DNA-Sequenzierung wird hauptsächlich zur Erforschung menschlicher Krankheiten und Genetik verwendet, aber in den letzten Jahren ist die Sequenzierung zu einem routinemäßigen Bestandteil der viralen Point-of-Care geworden, und da die Sequenzierung immer billiger wird, wird die virale Sequenzierung im Laufe der Zeit noch häufiger.

RNA ist ein DNA-ähnliches Molekül und im Wesentlichen eine temporäre Kopie eines kurzen DNA-Segments. Genauer gesagt wird im zentralen Dogma der Biologie DNA in RNA transkribiert. SARS-CoV-2 ist ein RNA-Virus, was bedeutet, dass unsere DNA-Sequenzierungstechnologien seine Sequenz nicht direkt entschlüsseln können. Wissenschaftler können jedoch zunächst die RNA des Virus in komplementäre DNA (oder cDNA) revers transkribieren, die dann sequenziert werden kann.

Ausgehend von einer Sammlung viraler Genomsequenzen können wir unsere Modelle der Sequenzentwicklung verwenden, um die Geschichte des Virus vorherzusagen, und wir können damit Fragen beantworten wie: "Wie schnell treten Mutationen auf?" oder "Wo im Genom treten Mutationen auf?" Zu wissen, welche Gene häufig mutieren, kann beim Wirkstoffdesign hilfreich sein.

Nachzuverfolgen, wie sich Viren an einem Ort verändert haben, kann auch Fragen beantworten wie: "Wie viele verschiedene Ausbrüche gibt es in meiner Gemeinde?" Diese Art von Informationen kann den Beamten des öffentlichen Gesundheitswesens helfen, die Ausbreitung des Virus einzudämmen.

Für COVID-19 gab es eine globale Initiative, virale Genome mit allen Wissenschaftlern zu teilen. Aus einer Sammlung von Sequenzen mit Probendaten können Wissenschaftler die Evolutionsgeschichte der Proben in Echtzeit ableiten und die Informationen verwenden, um die Geschichte der Übertragungen abzuleiten.

Evolutionärer Baum der COVID-19-Genome, abgeleitet von Nextstrain. Bildnachweis: nextstrain.org/ncov

Eine dieser Initiativen ist Nextstrain, ein Open-Source-Projekt, das Benutzern Echtzeitberichte über die Ausbreitung der saisonalen Grippe, Ebola und vieler anderer Infektionskrankheiten liefert. In jüngster Zeit hat es die evolutionäre Verfolgung von COVID-19 durch die Bereitstellung einer Echtzeitanalyse sowie eines für die Öffentlichkeit lesbaren Lageberichts angeführt. Darüber hinaus ermöglicht das Projekt der Weltbevölkerung, von seinen Bemühungen zu profitieren, indem es den Lagebericht in viele andere Sprachen übersetzt.

Da die Menge an verfügbaren Informationen wächst, benötigen Wissenschaftler schnellere Tools, um die Zahlen zu berechnen. Mein Labor an der UC San Diego arbeitet in Zusammenarbeit mit dem System Energy Efficiency (SEE) Lab unter der Leitung von Professor Tajana Šimunić Rosing an der Entwicklung neuer Algorithmen, Softwaretools und Computerhardware, um die COVID-19-Epidemie in Echtzeit zu analysieren mehr machbar.

Was haben wir über die Epidemie erfahren?

Nach aktuellen Daten scheint es, als ob SARS-CoV-2 viel langsamer mutiert als die saisonale Grippe. Konkret scheint SARS-CoV-2 eine Mutationsrate von weniger als 25 Mutationen pro Jahr zu haben, während die saisonale Grippe eine Mutationsrate von fast 50 Mutationen pro Jahr aufweist.

Given that the SARS-CoV-2 genome is almost twice as large as the seasonal flu genome, it seems as though the seasonal flu mutates roughly four times as fast as SARS-CoV-2. The fact that the seasonal flu mutates so quickly is precisely why it is able to evade our vaccines, so the significantly slower mutation rate of SARS-CoV-2 gives us hope for the potential development of effective long-lasting vaccines against the virus.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz neu veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.


How does the molecular clock work?

Measuring the age of a species with the molecular clock technique requires just two simple things: an estimate of the number of genetic mutations between a species and its closest relative and the average genetic mutation rate (i.e., how many mutations show up in a population in a specified time frame, such as 5 mutations per year).

To show how this works, let’s take a simple hypothetical example. Let’s pretend that we’re taxonomists—biologists who study how organisms are related to each other. We’re given the job of trying to figure out how different turkeys are related to each other, and there are two species—the Ocellated Turkey (Meleagris ocellata) and the Wild Turkey (Meleagris gallopavo).

Let’s say we analyze the DNA of the two species and find that there are 5,000 mutations that are different between them. We also know the mutation rate: the species will show 1,000 new mutations every million years, or 0.001 mutation/year. If we divide the number of mutations by the mutation rate (5,000 mutations ÷ 0.001 mutation/year), we find out that these two turkey species are about 5 million years old. Ta da!

This approach doesn’t come without limitations, though. You need to assume that the genes mutate at the same rate. If the genes go through periods where they change very quickly and then don’t change at all, then it’s like having a yardstick with random ticks on it. You can’t use it to measure distance (or time) any more.

Because of this limitation (and others), there is actually a lot of science and math that goes on behind the scenes of a lot of these calculations. But at its essence, it’s just measuring the passage of time by using the mutation rate as a yardstick.


Gentherapie

Besides being useful in diagnosing disease, molecular biology techniques are important in disease treatment. Gene therapy can be defined as therapeutic intervention via molecular modification. Three major areas need to be addressed for gene therapy to be effective-identification of the specific gene of interest, identification and isolation of target cells for gene delivery, and determination of the method of transfer. Each of these areas will be addressed in the following section.

Understanding the Genetic Defect

Before gene therapy can begin, it is important to have a comprehensive understanding of the molecular basis underlying a specific disease process. This is sometimes the most difficult aspect of gene therapy. Once a gene, or set of genes, has been determined as important in a disease, the genes must be individually cloned, including important regulatory sequences. If the goal is simply to replace a missing gene or provide abundant amounts of a normal gene (where disease occurs from abnormalities in the native gene, resulting in defective protein product function), then only the coding sequence may be required. However, regulatory sequences normally surrounding a gene of interest may be necessary for efficient RNA and protein production once the gene is transferred to a new cell. Specific promoter sequences that direct gene expression only in certain cells also may be used to target the gene to a specific tissue. Once the gene is cloned, the next step is to identify and isolate target cells for gene delivery.

Targeting Cells

Determination of a target cell or tissue for gene delivery is an important and complex task. The first cells used in gene therapy were lymphocytes. [33]In these initial experiments, circulating lymphocytes from patients with severe combined immunodeficiency secondary to adenine-deaminase deficiency were removed and infected with retroviruses that contained a normal adenine-deaminase gene. The altered lymphocytes were then reinjected into the patient, restoring partial immunity to the individual. However, this therapeutic "correction" of adenine-deaminase deficiency lasted only as long as the lymphocytes lived. [34]When the reengineered lymphocytes matured and died, it was necessary to repeat the entire therapeutic procedure. One way to circumvent this problem would be to target hematopoietic stem cells instead of lymphocytes, potentially curing the genetic disease permanently. However, stem cells only constitute a small proportion of cells in the bone marrow, are difficult to obtain, and are not readily susceptible to infection by retroviruses. Therefore, only a small subpopulation of stem cells can be altered genetically and might not be capable of producing the desired clinical effect. [35,36]

Another cell targeted for gene therapy is the hepatocyte. Many genetic diseases involve the liver, including galactosemia, phenylketonuria, and familial hypercholesterolemia. Typically, hepatocytes are removed, cultured, infected with the desired gene, and then reinjected into the portal vein, where they migrate into the liver. The liver has tremendous regenerative capacity, and the new hepatocytes survive quite well once reintroduced. However, currently, a large portion of the liver must be removed from the patient to obtain cells and to stimulate hepatocyte regeneration. [37]

In contrast to the earlier examples, not all targeted cells need to be removed from the body to be used for gene therapy. Aerosols that carry adenoviruses that contain the cystic fibrosis transmembrane receptor gene can be inhaled by patients with cystic fibrosis. [38,39]Epithelial cells are infected in vivo, and these cells have been shown to express the corrected gene for as long as 6 weeks. [40]However, problems with immunogenicity and inflammation with repeated treatment currently limits this therapeutic approach. Intravenous injection of a gene with a promoter that targets the specific tissue of cell of interest would be ideal, but current gene therapy technology is currently far from this ideal.

DNA Delivery

Once a gene has been identified as important in a disease, and the appropriate cell or tissue is targeted, the next step is to deliver the foreign DNA into the cell so it can be integrated into DNA in the nucleus, and ultimately expressed as the desired protein product. Transfer of DNA can occur within the patient (in vivo) or on living cells removed from the body (ex vivo) and subsequently returned to the patient. Several approaches have been taken in this regard. Transfer of DNA or RNA into cells using direct "physical" approaches (microinjection, calcium phosphate precipitation, lipofection, and electroporation) has been tried, with limited success. Microinjection can be very efficient, but is extremely limited in clinical practice because of the small number of cells that can be injected. Each cell is injected individually, and for effective treatment, as many as 10 8 to 10 9 cells must be injected, a daunting task. Electroporation is a more efficient technique and uses brief, high-voltage electrical pulses to form transient nanometer-sized pores in the plasma membrane of cells DNA directly enters the cells through these pores. Electroporation is useful for transient expression of cloned genes and to establish cell lines with integrated copies of a given gene. Calcium phosphate precipitation is the most widely used method of cell transfection, even though its mechanism of action is not entirely clear. It is thought that the transfected DNA enters the cell by endocytosis and is then transferred to the nucleus. However, even calcium phosphate-mediated transfection has a reported efficiency of as much as 20%. This method is useful, though, when large numbers of cells are required. Direct injection of DNA or RNA into a tissue (i.e., the fourth ventricle for brain delivery) has also had limited success. In general, physical methods of DNA transfer do not result in integration of foreign DNA into the targeted cell's genome, which necessitates reinjection or repeat therapy. In contrast, viruses have proved more efficient in delivering genes and stably incorporating foreign DNA into targeted cells. Advantages and disadvantages of viral transfer of DNA are explained later.

Three types of viral approaches are generally used currently for gene therapy-retroviruses, adenoviruses, and adeno-associated viruses a fourth approach (herpes virus) is also beginning to be examined. Each of these viruses has distinct advantages and disadvantages in terms of gene therapy. Retroviruses are RNA viruses that produce viral DNA incorporated into the host cell genome, so any foreign DNA placed in a retrovirus should be expressed in the cell indefinitely. Retroviruses are easy to manipulate, and can infect a wide variety of cell types with a high degree of efficiency. Problems with retroviruses include the inability of the virus to accommodate large inserts of foreign DNA as well as the potential for oncogenesis due to random incorporation in the cell's genome, potentially resulting in disruption of regulatory DNA sequences required for normal cell growth. Disrupted genes might then produce protein with abnormal activity. In addition, retroviruses can only infect replicating cells, limiting their use for in vivo treatment because most human cells are not actively replicating.

In contrast to retroviruses, adenoviruses can infect nondividing cells and easily accommodate large fragments of foreign DNA. [41-43]A further advantage of adenoviruses is that their genome remains separate from host DNA, therefore decreasing the likelihood of deleterious mutations and minimizing disruption of normal gen regulation. The major, current problem with using adenovirus in gene therapy is that expression of adenoviral proteins induces a vigorous host immune response, resulting in inflammation and decreased foreign gene expression. This is the primary explanation for disappointing results in initial human trials that used adenovirus gene therapy in cystic fibrosis. However, very high titers of adenovirus were used in these trials, and newer, more highly infective (and hopefully less immunogenic) adenoviruses have been produced since. Only time will tell whether these newly engineered viruses will be effective in gene therapy.

Adeno-associated virus is a defective human parvovirus also capable of infecting various mammalian cells. Preliminary data suggests that this virus, like adenovirus, is capable of infecting nondividing cells. A distinct advantage with adeno-associated virus is that it expresses no viral antigens and, therefore, is nonimmunogenic. It also has never been associated with disease in humans. However, to replicate, adeno-associated viruses require a helper virus, usually adenovirus. Another difficulty with adeno-associated viruses is that only small pieces of foreign DNA can be incorporated.

The most direct method of gene transfer is simply to substitute a normal gene for an abnormal or nonfunctional gene by homologous recombination. This is analogous to organ transplantation at a molecular level. Enzymes known as site recombinases catalyze the excision and insertion of genetic material by recognizing specific nucleotide sequences. Inserting a tissue-specific promoter with the new gene provides a method to localize the production of the gene product. Currently, this process has been successful only in cell lines and embryonic stem cells. [44-46]Another theoretical approach to transfer very large amounts of genetic material (including the desired gene and all its associated control regions) is to create an artificial chromosome. [47]Because the chromosome would function independently and not integrate into the genome, there is no possibility of unwanted mutations due to random incorporation of foreign DNA into host chromosomes, and stable expression should occur. Problems that limit the introduction of the artificial chromosome method into gene therapy include the need to identify sequences for both centromere and telomere function in mammalian cells. Finally, in some cases, correction of a disease may not require physical transference of foreign DNA into cells. For instance, a defective gene could be bypassed by "turning on" genes that possess a similar function. One example of this approach would be the use of fetal gamma-globin genes to correct disorders of adult hemoglobin beta-chain synthesis in thalassemia and sickle cell disease. [48]

Current Status

The Recombinant DNA Advisory Committee has approved more than 60 protocols for human gene therapy, examples of which are shown in Table 2. Guidelines for clinical trials include life-threatening diseases, where current therapy is inadequate. The gene for the disease should have been isolated, cloned, and characterized. Along with continued trials to deliver the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator gene to respiratory epithelium, trials have begun to treat alpha-1-antitrypsin deficiency and phenylketonuria. [49,50]There are more than 30 genetic diseases currently corrected by bone marrow transplantation* that, theoretically, should be amenable to treatment by gene therapy. Several approaches to cancer therapy are currently being investigated, including enhancement of the immune response to tumors, insertion of genes into tumor cells, which then invoke cell death, and methods to modify tumor suppressor genes. [51,52]Many technologic challenges remain to be overcome, in addition to knowledge in regard to the regulation of mammalian genes and the sequences required for gene stability. It is still not clear whether it is safe to incorporate genes into nuclear DNA or whether it will ever be possible to produce stable extra chromosomes. In addition, the immune response to new gene products also needs to be evaluated. Although somatic gene therapy (which affects only the individual being treated) raises many ethical questions, as discussed previously, genetic modification of germ cells (which affects future generations) enters an entirely new realm of medical ethics.



Bemerkungen:

  1. Jager

    Stimme zu, der bemerkenswerte Satz

  2. Breen

    Dieses Argument ist einfach unglaublich

  3. Glenn

    Welche Worte ... super

  4. Hraefnscaga

    Vielen Dank! Super Artikel! Blog im Reader eindeutig

  5. Scirwode

    Es geht über alle Grenzen hinaus.



Eine Nachricht schreiben