podstawy genetyki ii
TRANSCRIPT
![Page 1: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/1.jpg)
Podstawy genetyki II
Metody badawcze genetyki i organizmy modelowe
![Page 2: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/2.jpg)
Podstawowe techniki genetyki molekularnej
2
![Page 3: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/3.jpg)
Czym jest inżynieria genetyczna? Ang. recombinant DNA – manipulacje DNA in vitro
} izolacja i amplifikacja DNA i cDNA } mapowanie i sekwencjonowanie DNA } tworzenie nowych cząsteczek DNA
} przez rekombinację cząsteczek naturalnych } przez syntezę de novo
} wprowadzanie konstruktów DNA do komórek i organizmów } modyfikacje syntezy białek
} ekspresja heterologiczna
} bioinformatyka
3
![Page 4: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/4.jpg)
A co nie jest inżynierią genetyczną? } Inżynieria embrionalna (np. klonowanie)
} Tworzenie nowych form organizmów przez selekcję
4
![Page 5: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/5.jpg)
Zastosowania } Badania podstawowe } Biotechnologia
Granica między badaniami podstawowymi a stosowanymi jest płynna, stosowane techniki są podobne, różnice dotyczą głównie skali.
5
![Page 6: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/6.jpg)
Podstawowe techniki } Izolacja DNA ze źródeł naturalnych
} komórki i tkanki } mikroorganizmy hodowane w laboratorium i występujące
naturalnie } antyczny DNA
} cDNA – izolacja RNA i przepisanie na DNA } Chemiczna synteza DNA de novo
6
![Page 7: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/7.jpg)
PCR
© 2005 Prentice Hall Inc. / A Pearson Education Company / Upper Saddle River, New Jersey 07458
7
![Page 8: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/8.jpg)
Elektroforeza DNA i RNA
© 2005 Prentice Hall Inc. / A Pearson Education Company / Upper Saddle River, New Jersey 07458
8
![Page 9: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/9.jpg)
Hybrydyzacja } Wykorzystanie komplementarności kwasów
nukleinowych do wykrywania określonej sekwencji DNA (Southern) lub RNA (Northern)
© 2005 Prentice Hall Inc. / A Pearson Education Company / Upper Saddle River, New Jersey 07458
9
![Page 10: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/10.jpg)
Hybrydyzacja Northern
} Podstawowa metoda badania poziomu ekspresji genu
10
![Page 11: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/11.jpg)
Podstawowe techniki
} Enzymy restrykcyjne } analiza fragmentów DNA
(mapowanie) } klonowanie
11
![Page 12: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/12.jpg)
Wektory } Umożliwiają utrzymanie DNA wprowadzonego do
komórek (transformacja, transfekcja) } wektory autonomiczne – zdolne do replikacji (np.. plazmidy,
wirusy) } wektory integracyjne } wektory ekspresyjne – umożliwiają ekspresję wprowadzonego
genu (autonomiczne lub integracyjne) } wektory kierujące rekombinacją (ang. targeting) – integracyjne } wektory bifunkcjonalne
12
![Page 13: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/13.jpg)
Typowy wektor } Sekwencje zapewniające replikację (w. autonomiczne) } Sekwencje umożliwiające odróżnienie komórek z wprowadzonym
wektorem – markery selekcyjne } Miejsce do wstawienia klonowanego DNA – linker } Opcjonalnie – sekwencje umożliwiające odróżnienie wektora ze
wstawką od wektora „pustego” – marker rekombinacji
13
![Page 14: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/14.jpg)
Klonowanie molekularne } Włączenie danego fragmentu DNA (wstawki) do wektora
autonomicznego
14
![Page 15: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/15.jpg)
Przykłady zastosowań } Poznawanie sekwencji DNA (genów, genomów,
mutantów) } Diagnostyka molekularna } Ekologia i filogenetyka molekularna } Heterologiczna ekspresja białek (dla celów poznawczych i
biotechnologicznych) } „Odwrotna genetyka” – inaktywacja wybranych genów u
organizmów modelowych } Terapia genowa
15
![Page 16: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/16.jpg)
Sekwencjonowanie – metody klasyczne
} Dideoksynukleotydy zatrzymują syntezę na określonych nukleotydach
!3’ ATCGGTGCATAGCTTGT 5’! !5’ TAGCCACGTATCGAACA* 3’!5’ TAGCCACGTATCGAA* 3’!5’ TAGCCACGTATCGA* 3’!5’ TAGCCACGTA* 3’!5’ TAGCCA* 3’!5’ TA* 3’!
Produkty reakcji A
Matryca
16
![Page 17: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/17.jpg)
Tradycyjny odczyt sekwencji } Znakowanie radioaktywne,
osobne reakcje A T C G
+
–
17
![Page 18: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/18.jpg)
CGTAA CGTAAC CGTAACC CGTAACCC CGTAACCCT CGTAACCCTT CGTAACCCTTG CGTAACCCTTGG
• Obecnie stosuje się dideoksynukleotydy wyznakowane fluorescencyjnie – każdy innym kolorem
Sekwencjonowanie automatyczne
18
![Page 19: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/19.jpg)
Sekwencjonowanie automatyczne
19
![Page 20: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/20.jpg)
Postęp techniczny } Koszt sekwencjonowania między 1999 a 2009 obniżył sie 14 000
razy } Prędkość odczytu sekwencji między 2000 a 2010 r. wzrosła 50 000
razy } Cel: sekwencja genomu jednej osoby za 1000$ osiągalny w ciągu
kilku lat } Im więcej znamy sekwencji, tym łatwiej poznajemy kolejne
20
![Page 21: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/21.jpg)
Sekwencjonowanie wysokoprzepustowe } Tzw. deep sequencing } Generowanie w jednym przebiegu milionów niezależnych
odczytów } Pojedyncze odczyty krótkie (25-400 bp) } Zastosowania
} sekwencjonowanie nowych genomów } resekwencjonowanie
} np. analiza zmienności
} badanie ekspresji przez sekwencjonowanie cDNA
21
![Page 22: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/22.jpg)
Solexa
= 350
Solexa® Ultra-high-throughput DNA Sequencing Platform
22
![Page 23: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/23.jpg)
Pirosekwencjonowanie (454)
The development and impact of 454 sequencing Jonathan M Rothberg & John H Leamon Nature Biotechnology 26, 1117 - 1124 (2008)
• Fragmenty DNA przyłączone do kulek (1 fragment na kulkę), następnie namnożone
• Kulki z DNA umieszczone w studzienkach
• Sekwencjonowanie przez syntezę: dodaje się kolejno 4 nukleotydy, gdy dodany nukleotyd komplementarny, to uwoniony pirofosforan daje reakcję z luminescencją
• Wynik: ~800,000 odczytów po 250-500 bp (~400 megabases)
23
![Page 24: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/24.jpg)
Slides from http://www.illumina.com
Solexa (Illumina)
24
![Page 25: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/25.jpg)
Slides from http://www.illumina.com
Solexa (Illumina)
25
![Page 26: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/26.jpg)
Slides from http://www.illumina.com
Solexa (Illumina)
26
![Page 27: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/27.jpg)
Slides from http://www.illumina.com • Wynik: 80-100 milionów odczytów po
~50 bp (~4Gb)!
Solexa (Illumina)
27
![Page 28: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/28.jpg)
Sekwencjonowanie } Głównym wyzwaniem w sekwencjonowaniu nie jest sam
odczyt sekwencji } Odczytywane fragmenty są krótkie
} do ~700-800 nt (sekw. tradycyjne Sangera) } 200-400 nt (454) } 50-150 nt (Solexa)
} Wyzwaniem jest złożenie długiej sekwencji z tych krótkich fragmentów
28
![Page 29: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/29.jpg)
Genomika
} Genomika jest dziedziną zajmującą się badaniem całych genomów (kompletu informacji genetycznej) różnych organizmów
} Techniki biologii molekularnej + robotyka + informatyka
} Sekwencjonowanie i charakteryzowanie genomów } Badanie funkcji zawartych w nich genów
29
![Page 30: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/30.jpg)
Metagenomika } Izolacja DNA ze środowiska i sekwencjonowanie } Jedyny sposób badania mikroorganizmów, które nie dają
się hodować
30
![Page 31: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/31.jpg)
Metagenomika
} Analiza sekwencji całości DNA wyizolowanego ze zbiorowiska organizmów
31
![Page 32: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/32.jpg)
Odkrycia dzięki sekwencjonowaniu
} Tajemnicza UCYN-A } Sinica (cyjanobakteria) } Niewielki genom (1,4mln par zasad, 1200 genów) } Brak zdolności fotosyntezy, cyklu Krebsa, syntezy niektórych aminokwasów } Zdolność asymilacji azotu } Symbioza? – tajemnicza ekologia
32
![Page 33: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/33.jpg)
RNA-seq
33
![Page 34: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/34.jpg)
Sekwencjonowanie nowej generacji – wyzwanie dla bioinformatyki
} Krótkie odczyty (50-150 nt) } pojedyncze } “paired-end”
} Problem identyfikacji i składania sekwencji } Indeksowanie i multipleks
34
![Page 35: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/35.jpg)
Genom człowieka
35
![Page 36: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/36.jpg)
Craig Venter Francis Collins (NIH) 36
![Page 37: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/37.jpg)
37
![Page 38: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/38.jpg)
Czym jest znajomość genomu } Nie jest “odczytaniem księgi życia” } Sama sekwencja nie daje jeszcze zrozumienia, jak
funkcjonują komórki } Ale jest niezwykle cennym narzędziem w badaniach
} Sekwencja nie jest lekarstwem } Ale bardzo pomaga w zrozumieniu mechanizmów chorób i
wynajdywaniu nowych terapii
38
![Page 39: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/39.jpg)
Co genom już dał nauce } Dużo ciekawych i zaskakujących odkryć
} Dlaczego mamy tak mało genów } Jak ewoluował człowiek
} Narzędzie do badania funkcji genów
39
![Page 40: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/40.jpg)
Czy warto badać genomy
40
} Nowoczesne techniki generują bardzo dużo danych } Dwa podejścia
} “hypothesis driven” – dane zbierane dla zweryfikowania jakiejś hipotezy
} “data driven” – dane zbierane bez wstępnych założeń, potem wyszukiwane w nich prawidłowości
![Page 41: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/41.jpg)
Zbieranie danych
41
} Podejście zakładające poszukiwanie prawidłowości w dużych zbiorach danych, zbieranych bez wstępnych założeń, może być produktywne
} Ale niesie też (dobrze znane w literaturze) ryzyko } Lem, S. Cyberiada, Wyprawa szósta: czyli jak Trurl i Klapaucjusz
demona drugiego rodzaju stworzyli, aby zbójcę Gębona pokonać., 1965.
} http://www.portalwiedzy.pan.pl/images/stories/academia_2012/academia_2013/022013/004-008_golik.pdf
![Page 42: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/42.jpg)
TCACAATTTAGACATCTAGTCTTCCACTTAAGCATATTTAGATTGTTTCCAGTTTTCAGCTTTTATGACTAAATCTTCTAAAATTGTTTTTCCCTAAATGTATATTTTAATTTGTCTCAGGAGTAGAATTTCTGAGTCATAAAGCGGTCATATGTATAAATTTTAGGTGCCTCATAGCTCTTCAAATAGTCATCCCATTTTATACATCCAGGCAATATATGAGAGTTCTTGGTGCTCCACATCTTAGCTAGGATTTGATGTCAACCAGTCTCTTTAATTTAGATATTCTAGTACATACAAAATAATACCTCAGTGTAACCTCTGTTTGTATTTCCCTTGATTAACTGATGCTGAGCACATCTTCATGTGCTTATTGACCATTAATTAGTCTTATTTGTTAAATGTCTCAAATATTTTATACAGTTTTACATTGTGTTATTCATTTTTTAAAAAATTCATTTTAGGTTATATGTATGTGTGTGTCAAAGTGTGTGTACATCTATTTGATATATGTATGTCTATATATTCTGGATACCATCTCTGTTTCATGCATTGCATATATATTTGCCTATTTAGTGGTTTATCTTTTCATTTTCTTTTGGTATCTTTTCATTAGAAATGTTATTTATTTTGAGTAAGTAACATTTAATATATTCTGTAACATTTAATGAATCATTTTATGTTATGTTTAGTATTAAATTTCTGAAAACATTCTATGTATTCTACTAGAATTGTCATAATTTTATCTTTTATATACATTGATATTTTTATGTCAAATATGTAGGTATGTGATATTATGCACATGGTTTTAATTCAGTTAATTGTTCTTCCAGATGTTTGTACCATTCCAACATCATTTAAATCATTAAATGAAAAGCCTTTCCTTACTAGCTAGCCAGCTTTGAAAATCCATTCATAGGGTTTGTGTTAATATATTTTTGTTCTTTTTTTTCCTTTCTACTGATCTCTTTATATTAATACCTACTGTGGCTTTATATGAAGTCATGGAATAATACGTAGTAAGCCCTCTAACACTGTTCTGTTACTGTTGTTATTGTTTTCTCAGGGTACTTTGAAATATTCGAGATTTTATTATTTTTTAGTAGCCTAGATTTCAAGATTGTTTTGACGATCAATTTTTGAATCAATTGTCAATATTTTTAGTAATAAAATGATGATTTTTGATTGGAAATACATTAAATCTATAAGCCAAATTGGAGATTATTGATATATTAACAAAAATGAGTTTTCCAGTCCATGAATGTATGCACATTATAAAATTCATTCTTAAGTATGTCATTTTTTAAGTTTTAGTTTCAGCAGTATATGTTTGTTACATAGGTAAACTCCTGTCATGGGGGTTAGTTGTACAGGTTATTTTATCATCCAGGCATAAAGCCCAGTACCCAGTAGTTATCTTTTCTGCTCCTCTCCCTCCTGTCACCCTCCACTCTCAAGTAGACCCCAGTTTCTGTTGTTCTCTTCTTTGCATTAATGACTTCTCATCATTTAGATTGCACTTGTAAGTGAGAACAGGACGTATGTGGTTTTCTACTCCTGTGTTAGTTTGCTAAGGATAACCACCTCCATCTCCATCCATGTTCCCACAAAAGACATGATCTCCTTTTTTATGGCTGCATATTATTCCATGGTATATATGTACCACATTTTCTTTATCCAATCTGTCATTGATGGACATTTAGGTTGTTTCCACATCATTGCCGTTGTAAATACTGCTGCAGTGAATATTCGTGTGTATGTCTTTATGGTAGAATGATTTATATTCCTCTGGGTATATTTCCAAGTAATGGGATGGTTGGGTCAAATGGTAATTCTGCTTTTAGCTTTTTGAGGAATTGCCATATTGCCTTTCACAACGGTTGAACTAATTTATACTCCCAAGAGTGTATAAGTTGTTCCTTTTTCTCTGCAACCTCGACATCACCTGTTATTTATGACTTTTATATAATAGCCATTCTGCTGGTCTGAGATGGTATCTCATTATGATTTTGATTTGCATTTCTCTAATGCTCAGTGATATTGAGCTTGGCTGCATATATGTCTTCTTTTAAAAATATCTGTTCATGTCCTTTGCCTAATTTATAACGGGGTTGTTTGTTTTTCTCTTGTAAATTTGTTTAAGTTCCTTATAGATTCTAGGTATTAAACCTTTTTTCAGAGGCGTGGCTTGCAAATATTTTCTCCCATTCTATAGGTTGTCTGTTTATTCTGTTGATAGTTTCCCTTGCTGTGCAGAAGCTCTTAACTTTAATTAGATCCGACTTGTCAATTTTTGCTTTGGTCGCAATTGCTTTTGATGTTATTGTCGTGAAATCTTTGCTAGTTCTTAGGTCCAGGATGATATTGCCCAAGTTGTCTTCCAGGGCTTTTATAATTTTGGATTTTACATTTAAGTCTTAATATATTTATTAAATTTGTTAGGGTTTCAGGATACAAGGACAATATAGCAGCAAACAATGTAAAAGTAAAATCTGAAAAATAATAGAAAACAGTTTAATTGAACACTTTACCATTATGTAATGCCCTTCTTTGTCTTTCCTGATCTTTGTTGGTTTGAAGTTCAAAAAAGACAAACTTAATGGTACAATAGGTATTGTAGATTTCAGGACTTTCTGTATAAAATATTTTGTATATATGAATAGATCATTTTTTATTTCCAGTCTTTAAACATTTTCTTAACATTTTCTTCTATTGCTTCACTTCACTCGCTAGGACCATCAGGACAGTGTTGAACAGAAATTGTCAGACTGATCATCACAACTTTTTCTAGATTTTAGAAGGAAATTTTTCTTTATTTCAACATAAAGCAGCATGTTAATGCCAAGTTTTAATATGTGTTATCAGATTGAAATTTTTTTGTATATTTCTACATTACCAAGAATTTTTAGCAAGAGTTTTTGTTGAGTTTTAATTTAAAAATCATTTGTTAATTTCATCTGATTTTTTTATTTCTCTTTTTACCTTAAGAGATTAAACTGACTACAGATTGAATATAAACAAACAAACAAACAAACAAAAACTCTAAAATGCTGTGGATCAACACCACTTAGTAATTTGTATACTTGGATTCAATTTGCTGAAATTTTGTTAGACATTTTTGCGTCGATATTTATGAGGGATGTTGATCTGTAAAAGTATTAAAATGCCTTTGACAGATAGTGTCACCATATAAAAAACTTTGAACAAAATCAGATTATATCACTGTGGATATTTCTATTTTGAACTAACTTAGATGATAATTTTAATCTATATCCTAGATGAACT
Co to znaczy?
Mały fragment chromosomu 21 42
![Page 43: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/43.jpg)
Co to znaczy? } Bez teorii ewolucji nie mielibyśmy możliwości poznania
odpowiedzi na to pytanie } Odszukujemy geny podobne do genów już zbadanych } Możemy badać geny przez “odwrotną genetykę” –
tworzenie mutantów u organizmów modelowych } Porównując genomy możemy wnioskować o biologii
organizmu
43
![Page 44: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/44.jpg)
Odwrotna genetyka – od genu do funkcji
Genetyka tradycyjna
Funkcja (mutacja, fenotyp)
Klonowanie genu
Analiza sklonowanego genu
Genetyka „odwrotna”
Gen (z sekwencji całego genomu)
Inaktywacja genu
Analiza uzyskanego fenotypu
44
![Page 45: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/45.jpg)
Odwrotna genetyka – inaktywacja przez rekombinację
45
![Page 46: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/46.jpg)
Inaktywacja warunkowa
46
![Page 47: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/47.jpg)
Odwrotna genetyka – interferencja RNA
Odkrycie roku 2002 – regulacyjna rola małych RNA Nagroda Nobla w dziedzinie medycyny 2006, za odkrycie mechanizmu interferencji RNA A. Fire i C. Mello 47
![Page 48: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/48.jpg)
siRNA - jak to działa?
Hannon G.J.: ‘RNA interference’, Nature 418, July 11, 2002
Efekt – degradacja mRNA 48
![Page 49: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/49.jpg)
Zastosowania siRNA
} Badanie funkcji genów (“odwrotna genetyka”) - szczególnie skuteczne u nicienia Caenorhabditis, ale działa też w komórkach owadów, ssaków i roślin
} Hamowanie wybranych genów jako metoda leczenia (np. zwalczania wirusów czy
nowotworów) – przykład: obniżenie poziomu receptora LDL („zły cholesterol”) u myszy
49
![Page 50: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/50.jpg)
Ekspresja heterologiczna
Wektor ekspresyjny Oczyszczanie białka
50
![Page 51: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/51.jpg)
Fuzje białkowe
} Do sekwencji kodującej białko dołącza się inną domenę, np. ułatwiającą wykrycie i/lub oczyszczanie } znaczniki epitopowe } GFP (zielone białko fluorescencyjne)
51
![Page 52: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/52.jpg)
Green Fluorescent Protein- Aequorea victoria
52
![Page 53: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/53.jpg)
GFP
53
![Page 54: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/54.jpg)
wt hPNPaza
-52 hPNPaza
MitoTracker anti-c-myc Nałożenie
Lokalizacja mitochondrialna nadejsprymowanej hPNPazy-myc w komórkach HeLa.
54
![Page 55: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/55.jpg)
Ekspresja heterologiczna w biotechnologii
55
![Page 56: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/56.jpg)
Inżynieria przeciwciał – leki przyszłości } W łańcuchach immunoglobulin obszary zmienne
odpowiadają za rozpoznawanie różnych antygenów, obszary stałe nadają specyficzność gatunkową
} W klasycznych metodach wytwarzania przeciwciał monoklonalnych uzyskiwano przeciwciała zwierzęce
} Klonowanie i ekspresja genów kodujących przeciwciała jest alternatywnym sposobem ich uzyskiwania
} Możliwe jest uzyskiwanie przeciwciał humanizowanych – obszary zmienne z genu przeciwciała zwierzęcego wstawione między obszary stałe przeciwciała ludzkiego
} Humanizowane i rekombinowane ludzkie przeciwciała są stosowane w terapii np. nowotworów
56
![Page 57: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/57.jpg)
Terapia genowa } Zastępująca – wprowadzenie genu, którego defekt powoduje
chorobę } Trudności z opracowaniem wektorów i zapewnieniem ekspresji,
zwłaszcza dla komórek nie dzielących się } Stosowana dla chorób związanych z ekspresją genów w komórkach krwi
(np. SCID – gen ADA) i innych, które łatwo wprowadzić do organizmu (np. makrofagi – choroba Gauchera)
} Inaktywująca – zmniejszenie ekspresji genu, którego ekspresja powoduje chorobę (np. nowotworową) } Technicznie łatwiejsze i bezpieczniejsze (siRNA, modyfikowane
oligonukleotydy) } Ograniczone zastosowania, pacjent musi ciągle przyjmować kosztowne
leki
57
![Page 58: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/58.jpg)
Organizmy modelowe
Ogólne zasady i przykłady
58
![Page 59: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/59.jpg)
Co to jest model?
? ?
«konstrukcja, schemat lub opis ukazujący działanie, budowę, cechy, zależności jakiegoś zjawiska lub obiektu» Słownik Języka Polskiego PWN
59
![Page 60: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/60.jpg)
Organizmy modelowe
“Les éléments vitaux étant de nature semblable dans tous les êtres vivants, ils sont soumis aux mêmes lois organiques...”
“Podstawowe jednostki życia, mając u wszystkich żyjących istot podobną naturę, rządzone są tymi samymi prawami organicznymi...”
Claude BERNARD (1813-1878)
60
![Page 61: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/61.jpg)
Modele w naukach przyrodniczych } Modele analogii przyczynowej CAM
} Przyczyny i skutki w układzie modelowym i docelowym są takie same. } Nie mogą zaistnieć „jakiekolwiek istotne przyczynowo braki analogii
między modelem a modelowanym zjawiskiem“.*
} Modele analogii hipotetycznej (HAM) } Doprowadzenie do sformułowania hipotez, które mogą mieć ogólne
znaczenie tak dla układu modelowego, jak i docelowego. } Nie dostarczają danych mających bezpośrednie znaczenie dla medycyny
człowieka, jednak polepszając nasze rozumienie zjawisk biologicznych mogą one sugerować możliwe mechanizmy fizjologiczne u człowieka.
61
![Page 62: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/62.jpg)
Mikroorganizmy } Bakterie i bakteriofagi
} Escherichia coli, fag T4, fag λ
} Mikroorganizmy eukariotyczne } drożdże Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe } grzyby nitkowate (Neurospora, Aspergillus) } Chlamydomonas
62
![Page 63: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/63.jpg)
Fenotypy mutacji } Mutanty pokarmowe (auksotrofie)
} prototrof – zdolny do syntezy niezbędnych składników organicznych, wymaga źródła węgla i energii (np. glukoza) i soli nieorganicznych (źródło azotu i mikroelementów)
} auksotrof – niezdolny do syntezy określonego związku, wymaga jego obecności w podłożu } np. mutanty leu, trp, ura, thi,
} Mutanty kataboliczne } niezdolne do wykorzystywania źródła węgla, wykorzystywanego przez
typ dziki } np. mutanty gal, xyl, lac } glukoza zawsze będzie wykorzystywana
63
![Page 64: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/64.jpg)
Fenotypy mutacji } Oporność na antybiotyki i inhibitory
} enzymy rozkładające antybiotyk (np. beta-laktamaza) } pompy usuwające antybiotyk z komórki } mutacje w białkach, na które działa antybiotyk
64
![Page 65: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/65.jpg)
Podłoża hodowlane } Pełne
} zawierają wszystkie składniki nieorganiczne i organiczne } często na bazie ekstraktów biologicznych (ekstrakt drożdżowy, pepton
itp.) } mogą być uzupełniane źródłem węgla (np. glukoza)
} Minimalne } źródło węgla, źrodło azotu (nieorganiczne), sole i mikroelementy } umożliwia wzrost prototrofa, auksotrofy nie rosną o ile nie doda się
odpowiedniego uzupełnienia } np. mutant leu wyrośnie na podłożu minimalnym + leucyna
} Syntetyczne pełne } źródła węgla i azotu, sole + kontrolowany zestaw uzupełnień
(aminokwasy itp.) } umożliwia wzrost wszystkim auksotrofom } warianty typu “drop-out”, np. SC –leu (bez leucyny): wyrosną wszystkie
szczepy, z wyjątkiem auksotrofa leu
65
![Page 66: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/66.jpg)
Selekcja mutantów - repliki
66
![Page 67: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/67.jpg)
Nowoczesny wariant – roboty laboratoryjne
©Singer Instruments, UK
67
![Page 68: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/68.jpg)
Selekcja } Pozytywna (bezpośrednia)
} Na podłożu selekcyjnym wyrastają wyłącznie pożądane mutanty } Np. selekcja mutantów opornych na antybiotyk na podłożu z
antybiotykiem
} Negatywna } Mutanty nie rosną na podłożu selekcyjnym } Np. selekcja mutantów leu na podłożu bez leucyny } Konieczne zastosowanie metody replik
68
![Page 69: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/69.jpg)
“Jeden gen – jeden enzym” } Badania na Neurospora, Beadle & Tatum, 1942
69
![Page 70: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/70.jpg)
Modyfikacje genetyczne } Transformacja
} wprowadzenie DNA do komórki } niektóre bakterie pobierają DNA naturalnie } większość bakterii, a także np. drożdże, a nawet komórki
ssaków w hodowli można “zmusić” do pobrania DNA } metody chemiczne } elektroporacja } metody mechaniczne (“działo genowe”)
} DNA integruje się w genom lub utrzymuje niezależnie (plazmidy)
} Infekcja wirusowa (fagi, wirusy eukariotyczne)
70
![Page 71: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/71.jpg)
Saccharomyces cerevisiae
71
![Page 72: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/72.jpg)
Drożdże jako organizm modelowy } Łatwa hodowla i testy fenotypowe } Fizjologia typowa dla mikroorganizmów } Bezpieczne i nieszkodliwe dla środowiska } Dobrze poznana genetyka klasyczna (analiza tetrad, mapy) } Łatwe manipulacje genetyczne (“odwrotna genetyka”,
plazmidy) } Znana od 1996 sekwencja genomu (12,5 Mb)
72
![Page 73: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/73.jpg)
Fenotypy } pokarmowe } oporności na inhibitory i antybiotyki } defekty cyklu komórkowego } biochemia komórki } ekspresja genów i jej regulacja } oddychanie komórkowe – genetyka mitochondrialna
73
![Page 74: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/74.jpg)
Skąd wzięły się mitochondria? } Teoria endosymbiozy
74
![Page 75: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/75.jpg)
Jak mitochondria traciły swój genom
Wolno żyjące bakterie - 1800-4500 genów
Endosymbiontyczne bakterie (Rickettsia) - 850 genów
Pierwotne mitochondria (Reclinomonas) - 100 genów
Mitochondria „współczesne” - 30-40 genów
75
![Page 76: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/76.jpg)
I jak się to odbywało } Ucieczka DNA do jądra } Przeniesienie genów do jądra za pośrednictwem RNA } Zastąpienie funkcji przez gen pochodzący z genomu
gospodarza } Zastąpienie funkcji przez gen pochodzący z innej linii
} polimeraza RNA, polimeraza DNA – pochodzenie fagowe
76
![Page 77: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/77.jpg)
Genom mitochondrialny S. cerevisiae
• kolisty (?-mapa), wysoce polimorficzny, ~80kb
• mała gęstość genów
• bardzo bogaty w AT (17% GC)
• 8-9 genów kodujących białka; ~10 ORF intronowych, 24 tRNA, 2 rRNA, 1 RNaseP RNA
• 7-8 elementów ori, złożone mechanizmy replikacji
77
![Page 78: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/78.jpg)
Badanie ekspresji mtDNA u drożdży? } Dziedziczenie mitochondrialne odkryto u drożdży (1966) } Istnieje skuteczny system genetyczny pozwalający na
analizę mutantów o zaburzonej funkcji oddychania mitochondrialnego
} Wciąż wiele niewiadomych
glukoza glicerol
Fot. Kamil Lipiński 78
![Page 79: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/79.jpg)
Drożdże jako model dla badania chorób człowieka?
79
![Page 80: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/80.jpg)
Genomy
S. cerevisiae H. sapiens
~1,2 x 107 bp ~3 x 109 bp
~6500 genów ~25 000 genów
~1800 genów wykazuje homologie z genami H. sapiens (30%)
~ 4000 genów wykazuje homologie z genami S. cerevisiae (13%)
Wiele podstawowych funkcji komórki jest zachowanych. Niekiedy możliwa wymienność białek drożdżowych i ludzkich (np. Ras, Oxa1)
80
![Page 81: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/81.jpg)
Przykładowe drożdżowe modele chorób
} Progerie Wernera i Blooma } Choroby związane z defektami naprawy DNA
(HNPCC, ataksja-telangiektazja) } Ataksja Friedreicha } Zaburzenia komunikacji jądrowo - mitochondrialnej
(PEO) } Choroby wywołane mutacjami w mtDNA (NARP) } Poszukiwanie leków za pomocą drożdży
81
![Page 82: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/82.jpg)
Zespół Wernera
} Normalny rozwój w dzieciństwie.
} Przedwczesne starzenie rozpoczyna się wraz z wiekiem dojrzewania.
} Niski wzrost, owrzodzenia, zwapnienia.
} Pacjenci dożywają średnio 47 lat. } Przyczyną śmierci z reguły
choroba nowotworowa, albo schorzenia sercowo-naczyniowe.
Przyczyna: mutacje genu WRN kodującego
helikazę DNA z rodziny RecQ
82
![Page 83: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/83.jpg)
Zespół Blooma
} Opóźniony wzrost, karłowatość.
} Zaburzenia pigmentacji skóry. } Predyspozycje do wczesnego
(ok. 25 r. ż.) występowania wielu różnych nowotworów.
} Z reguły nie dożywają 40-50 lat (1/3 nie dożywa 25 lat).
Przyczyna: mutacje genu BLM kodującego
kolejną helikazę DNA z rodziny RecQ
83
![Page 84: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/84.jpg)
Zaburzenia w zespołach Wernera i Blooma } Utrata stabilności genomu
} Zaburzenia w okolicach telomerów (WRN) } Zwiększona częstość wymiany chromatyd siostrzanych
(BLM) } Zwiększona częstość zaburzeń kariotypowych } Zwiększona częstość mutacji genów
84
![Page 85: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/85.jpg)
SGS1 – model drożdżowy } Gen SGS1 jest drożdżowym homologiem genów WRN i BLM. } Fenotyp delecji SGS1:
} zwiększona rekombinacja mitotyczna (zwłaszcza subtelomerowa) } zaburzenia segregacji chromosomów } zaburzenia mejozy
} Białko Sgs1p jest zaangażowane w hamowanie nieuprawnionej rekombinacji i utrzymywanie stabilności genomu.
} Ludzkie geny BLM i WRN częściowo komplementują fenotyp delecji SGS1
85
![Page 86: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/86.jpg)
HNPCC (zespół Lyncha)
} HNPCC - dziedziczny rak jelita grubego niezwiązany z polipowatością
} Około 5% wszystkich raków jelita grubego } Mutacje w genach kodujących białka zaangażowane w
naprawę niedopasowanych nukleotydów (mismatch repair)
} Podwyższona częstość mutacji, zwłaszcza niestabilność traktów z powtórzeniami
} Najczęściej mutacje genów hMSH2 i hMLH1
86
![Page 87: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/87.jpg)
Drożdżowy model HNPCC
W mutantach drożdżowych wzrost spontanicznej mutagenezy
Alfred & Borts (2007) Biochem Soc Trans, 35:1525-28
Dla dokładniejszego zbadania efektu konkretnych mutacji ludzkich stworzono hybrydowe geny, w których fragmenty genu S. cerevisiae zastępuje się pochodzącymi z genów człowieka tak, by zachować funkcję w drożdżach (tzw. humanizowanie drożdży).
87
![Page 88: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/88.jpg)
Ataksja Friedreicha } Choroba układu nerwowego i mięśni
} zaburzenia czucia } obniżone napięcie mięśniowe } kardiomiopatia, deformacje kręgosłupa i stóp
} Autosomalna recesywna; 1/50 000 } Mutacja dynamiczna w genie frataksyny } Akumulacja żelaza w mitochondriach:
} Zaburzenia systemów naprawczych mtDNA } Zaburzenia w oddychaniu } Stres oksydacyjny
Bramwell: Atlas of Clinical Medicine 88
![Page 89: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/89.jpg)
YFH1 – drożdżowy homolog frataksyny } Białko wiążące żelazo } Mitochondrialny magazyn żelaza } Detoksykacja nadmiaru żelaza } Włączanie żelaza do centrów Fe-S
89
![Page 90: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/90.jpg)
YFH1 – drożdżowy homolog frataksyny
} Fenotyp delecji: } defekt oddychania mitochondrialnego } zwiększona wrażliwość na stres oksydacyjny } akumulacja żelaza w mitochondriach: 10-krotnie większe
stężenie od szczepu dzikiego } zależna od żelaza oksydacyjna degradacja centrów Fe-S
} Ludzki gen kompensuje delecję genu drożdżowego
Cavadini i wsp., (2000), Hum Mol Genet, 9:2523-30 90
![Page 91: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/91.jpg)
Drożdże w poszukiwaniu nowych leków
} Systemy homologiczne } Interaktory białek drożdżowych homologicznych do
białek ludzkich } Białka docelowe dla znanych związków
drobnocząsteczkowych
} Systemy heterologiczne } Interaktory białkowe – system dwuhybrydowy } Ekspresja w drożdżach białka (np. ludzkiego) i
poszukiwanie ligandów } np. choroby degeneracyjne związane z agregacją białek:
choroba Alzheimera, Huntingtona itp. } poszukiwanie ligandów toksyn bakteryjnych
91
![Page 92: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/92.jpg)
Wielokomórkowe organizmy modelowe } Arabidopsis thaliana } Drosophila melanogaster } Caenorhabditis elegans } Danio rerio } Gryzonie (mysz, szczur)
92
![Page 93: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/93.jpg)
A. thaliana } Modelowa roślina z rodziny krzyżowych } Czas generacji ~ 6 tygodni
93
![Page 94: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/94.jpg)
Fenotypy } Wzrostowe } Rozwojowe } Fizjologiczne i biochemiczne } Mechanizmy genetyczne } Epigenetyka
94
![Page 95: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/95.jpg)
Genom } Stosunkowo niewielki (~150
Mb), znana sekwencja } Techniki transformacji
genetycznej, wyciszania ekspresji genów itp.
} Łatwa analiza mikroskopowa (przezroczyste siewki)
95
![Page 96: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/96.jpg)
Transformacja Arabidopsis } Transformacja komórek, regeneracja rośliny } Infekcja Agrobacterium
96
![Page 97: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/97.jpg)
Drosophila melanogaster } Jeden z pierwszych organizmów modelowych genetyki,
wciąż używany
97
![Page 98: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/98.jpg)
Drosophila melanogaster } Genom (165 Mb)
98
![Page 99: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/99.jpg)
Drosophila melanogaster } Krótki cykl życiowy (~ 10 dni) } Łatwa i tania hodowla } Liczne potomstwo } Znacząca homologia z
człowiekiem } ok. 50% genów D. melanogaster
ma odpowiedniki u ssaków } ok. 75% ludzkich genów
związanych z chorobami genetycznymi ma odpowiedniki u D. melanogaster
99
![Page 100: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/100.jpg)
Drosophila i biologia rozwoju } Modelowy organizm do badania genów kontrolujących rozwój } Np. geny homeotyczne – genetyczna kontrola i ewolucja planów budowy
100
![Page 101: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/101.jpg)
Geny HOX – regulatory rozwoju
101
![Page 102: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/102.jpg)
Ewolucja genów HOX
Dzięki duplikacjom genów HOX wyewoluowały bardziej złożone plany ciała 102
![Page 103: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/103.jpg)
Caenorhabditis elegans } Nicień, długość ok 1,5 mm, ~1000 komórek } Genom ~100 Mb } Łatwa hodowla, przewidywalne zachowanie } Modyfikacje genetyczne przez wyciszanie RNAi
103
![Page 104: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/104.jpg)
Rozwój C. elegans Znane losy każdej komórki w rozwoju
104
![Page 105: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/105.jpg)
Fenotypy i zastosowania } Rozwój } Apoptoza } Układ nerwowy, behawior
Zaburzenia lokomocji
105
![Page 106: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/106.jpg)
Danio rerio } Model do badania biologii rozwoju kręgowców (łatwa obserwacja
mikroskopowa, przezroczyste jaja) } Znany genom (~1,7�109 bp)
106
![Page 107: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/107.jpg)
Mysz } Modelowy ssak } Genom (~3�109 bp) bardzo podobny do ludzkiego } Możliwe manipulacje genetyczne, w tym ukierunkowane
uszkadzanie genów (“knock-out”) } Szczury preferowane w badaniach neurobiologicznych,
trudniejsze manipulacje genetyczne
107
![Page 108: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/108.jpg)
Myszy transgeniczne } Wprowadzanie nowych sekwencji do genomu
} np. geny reporterowe
} Delecje genów (knock-out) } Wprowadzanie mutacji punktowych
108
![Page 109: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/109.jpg)
Myszy knock-out } Izolacja komórek ES (zarodkowe macierzyste) z blastocysty } Dawcą jest mysz szczepu białego
} Modyfikacja i selekcja komórek ES z knock-out } Wprowadzenie zmodyfikowanych komórek do blastocysty myszy
szczepu szaregu
109
![Page 110: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/110.jpg)
Myszy knock-out } Blastocysty zawierające zmodyfikowane komórki ES
wszczepia się myszy – matce zastępczej
110
![Page 111: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/111.jpg)
Myszy knock-out } Selekcja chimer z transgenem w linii płciowej
111
![Page 112: Podstawy genetyki II](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020301/58760fce1a28ab39168be8cb/html5/thumbnails/112.jpg)
Nagroda Nobla 2007 } Mario R. Capecchi, Martin J. Evans, Oliver Smithies } Za opracowanie zasad wprowadzania specyficznych
modyfikacji genowych u myszy za pomocą zarodkowych komórek macierzystych
112