Information

Gibt es eine Selektion gegen lange Proteine ​​und lange Gene?

Gibt es eine Selektion gegen lange Proteine ​​und lange Gene?


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.

Hintergrundgedanke

Titin und TTN

Titin ist mit 33423 Aminosäuren das größte Protein im menschlichen Genom. Titin wird durch das Gen TTN kodiert, das mindestens sein muss $3 cdot 33423 ungefähr 100kb$ lang. Ein Blick auf den NCBI-Eintrag für das Gen TTN zeigt, dass TTN tatsächlich etwa 240 kb lang ist.

Transkriptionsrate

Die durchschnittliche Transkriptionsrate (Ref.) beträgt etwa 1,5 kb pro Minute. Es dauert daher ca. $frac{240k}{1,5k * 60}$ 2,5 Stunden, um TTN in mRNA zu transkribieren. Diese mRNA muss dann gespleißt werden, bevor sie für die Translation zur Verfügung steht. Folglich glaube ich nicht, dass die Übersetzung gleichzeitig mit der Transkription erfolgen kann, aber es könnte durchaus falsch sein.

Übersetzungsrate

Die Translationsrate beträgt etwa 8,4 Aminosäuren pro Sekunde (Ref.). Es dauert daher ca. $frac{ 33423} { 8,4 cdot 3600} approx 1$ Stunde, um das Protein zu übersetzen. Sicher, mehrere Ribosomen können die mRNA gleichzeitig translatieren, aber es bleibt trotzdem, dass es 1 Stunde dauert, um mindestens ein Protein zu synthetisieren.

Transkription + Übersetzungsrate

Unter der Annahme, dass die Translation nicht zur gleichen Zeit wie die Transkription erfolgt, beträgt die Gesamtzeit zur Bildung des ersten Titinproteins etwa 3,5 Stunden.

Halbes Leben

Die Halbwertszeit eines typischen menschlichen Proteins beträgt 6,9 Stunden (Ref.). Intuitiv würde ich eine negative Korrelation zwischen mRNA-Größe und mRNA-Halbwertszeit erwarten.

Halbwertszeit und Transkription + Übersetzungsrate

Da die Zeit für die Produktion des ersten Proteins etwa die Hälfte der Halbwertszeit beträgt, bedeutet dies, dass ein Viertel jeder einzelnen produzierten mRNA niemals auch nur ein einziges Protein hervorbringen würde, da es entweder vor oder nach Beginn der Translation abgebaut würde.

Es klingt nach einem erheblichen Kostenfaktor und wäre überrascht, wenn ein Gen oder ein Protein nicht mehr existieren könnte.

Frage

Gibt es Hinweise auf eine Selektion gegen lange Proteine ​​und lange Gene?

Gibt es Proteine, die bei anderen Spezies viel länger sind als Titin?

Übertreibe ich die damit verbundenen Kosten, indem ich entweder nicht berücksichtige, dass eine durchschnittliche Rate (z. nicht nie übersetzt werden?


Gibt es Hinweise auf eine Selektion gegen lange Proteine ​​und lange Gene?

Mir sind solche Beweise nicht bekannt und oberflächliches Googeln hat keine Studien ergeben, die einen Zusammenhang zwischen Genselektion und Gengröße erforschten. Je größer jedoch ein Gen ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit einer schädlichen Mutation innerhalb dieses Gens, daher gehe ich davon aus, dass es eine gewisse Grenze für die Größe gibt, die Gene erreichen und durch die Evolution stabil bleiben können.

Gibt es bei anderen Arten Proteine, die viel länger sind als Titin?

Bis heute ist Titin das größte bekannte Protein

Übertreibe ich die damit verbundenen Kosten, indem ich entweder nicht berücksichtige, dass eine durchschnittliche Rate (z. nicht nie übersetzt werden?

Ich finde es toll, wie Sie den Zeitaufwand für die Herstellung von Titin eingeschätzt haben. Wie Sie bereits vermuten, glaube ich jedoch, dass Ihre Annahmen mehrere Fehler aufweisen.

Zunächst einmal variiert die Stabilität von mRNA und Proteinen stark und hängt stark von deren Sequenzen ab. Die Halbwertszeit von Proteinen kann von Minuten bis zu Jahren variieren. Das Titin-Protein hat eine Halbwertszeit von ~70 h.

In ähnlicher Weise variiert die mRNA-Stabilität von Minuten bis > 12 Stunden. Insbesondere Haushalts- und Strukturgene weisen mRNAs mit langer Halbwertszeit auf.

Sowohl die Protein- als auch die mRNA-Stabilität wird nicht einfach durch einen zufälligen Zerfall bestimmt, sondern vielmehr durch einen streng regulierten Abbau. Ein Beispiel für Proteine ​​ist die Ubiquitinylierung, bei der bestimmte Aminosäuresequenzen erkannt werden und das Protein ubiquitinyliert wird, was wiederum den Abbau über das Proteasom auslöst. Für mRNA ist die Sekundärstruktur entscheidend, da bestimmte Loop-Strukturen von RNAsen erkannt werden können. Daher hilft die durchschnittliche Protein-/mRNA-Lebensdauer nicht, den tatsächlichen Umsatz eines bestimmten Proteins abzuschätzen.


Zu Ihren Fragen: Bekannt ist, dass ältere Gene, also Gene, die früher in der Evolution auftauchen, länger sind als neue Gene. Auch neue Gene entwickeln sich schneller als alte. Daher sind neue Gene normalerweise kurz und werden mit der Zeit tendenziell größer.

Inverse Beziehung zwischen Evolutionsrate und Alter der Säugetiergene


In Zeitlupe gegen Antibiotikaresistenzen

FRANKFURT. Derzeit gibt es nur wenige synthetische Wirkstoffe, die an die weit verbreiteten Membrantransportproteine, die ATP-bindenden Kassettentransporter (ABC), binden und diese blockieren. Wissenschaftler der Goethe-Universität und der Universität Tokio identifizierten vier dieser makrozyklischen Peptide als Modelle für eine neuartige Wirkstoffgeneration. Sie verwendeten Methoden, für die die beteiligten Wissenschaftler als weltweit führend gelten.

Dank Deep Sequencing, einem extrem schnellen und effizienten Ausleseverfahren, konnten die gewünschten makrozyklischen Peptide aus einer „Bibliothek“ makrozyklischer Peptide mit Billionen von Varianten (1 mit 12 Nullen) herausgefiltert werden – eine Zahl, die die Zahl der Sterne übertrifft in der Milchstraße. Dass eine so enorme Menge überhaupt existiert, hängt mit einem neuartigen Verfahren zusammen: Durch die Umprogrammierung des genetischen Codes können Aminosäuren gezielt als Wirkstoffe genutzt werden, die sonst in der Zelle nicht genutzt werden. Insbesondere ihre kreisförmige, geschlossene Struktur unterscheidet sie von natürlichen Proteinen. „Da diese Therapeutika zyklisch sind, werden sie in der Zelle weniger schnell abgebaut“, erklärt Robert Tampé, Direktor des Instituts für Biochemie der Goethe-Universität. „Außerdem sind die ringförmigen Wirkstoffe in ihrer räumlichen Struktur eingeschränkt, sodass sie ohne größere Umlagerungen an das Zielmolekül binden.“ Ein drittes Unterscheidungsmerkmal macht makrozyklische Peptide für Wissenschaftler besonders attraktiv: Bei der Herstellung der Wirkstoffe wird deren Bauanleitung als „Barcode“ mitgeliefert. Werden bestimmte Therapeutika aus einer Billion synthetisch hergestellter ausgewählt, tragen sie sozusagen ihre "Namensschilder".

Welche Rolle spielen also synthetische Therapeutika bei der Antibiotikaresistenz bei Bakterien oder der Multidrug-Resistenz bei Tumorzellen? Was passiert, wenn sie auf das ATP-getriebene Transportmolekül treffen, das für die Resistenz verantwortlich ist, indem sie die Chemotherapeutika aus der Zelle schleusen? Kurz gesagt: Die Medikamente blockieren den Transporter, indem sie an ihn binden. Dies kann zu Beginn oder am Ende eines Transportvorgangs geschehen, wenn sich der Transporter im Ruhezustand befindet. Da die Wissenschaftler den Transportprozess jedoch so verlangsamen können, dass er in Zeitlupe abläuft, können sie die Agenten identifizieren, die mitten in den Transportprozess „eintreten“ und das Membranprotein in seiner jeweiligen Position „halten“. Auf diese Weise gewinnen die Forscher wie durch die Bilder eines Filmstreifens einen Einblick in die Choreografie des Transportvorgangs.

Diese Erkenntnisse haben bereits zu einem „Paradigmenwechsel“ in der Wissenschaft geführt, wie Tampé erläutert: „Bisher gingen wir davon aus, dass die ATP-Hydrolyse (Anmerkung: ein energiefreisetzender Spaltprozess) die Energie für den Transport durch die Membran liefert , das ist nur indirekt der Fall. Erst die Bindung des ATP-Moleküls schiebt Stoffe aus der Zelle. Die Hydrolyseenergie hingegen wird genutzt, um den ABC-Transporter in seinen Ausgangszustand zurückzuführen." Die Forschungsgruppen der Goethe-Universität und der Universität Tokio sind überzeugt, dass diese und weitere Erkenntnisse über Membranprozesse auf die Entwicklung zukünftiger Medikamente hinweisen werden.

Grundlagenforschung zu Zellmembranen und Membranproteinen hat in Frankfurt bereits eine lange Tradition. Robert Tamp klärte wesentliche Mechanismen von ATP-getriebenen Transportproteinen und zellulären Mechanismen der adaptiven Immunantwort und Qualitätskontrolle auf, die zusammen mit dieser neuen Veröffentlichung Ansätze für die angewandte Arzneimittelforschung bieten können. Tampé leitete den Ende 2020 ausgelaufenen Sonderforschungsbereich "Transport und Kommunikation über biologische Membranen" (SFB 807). Inzwischen ist das Konzept für ein neues Forschungszentrum zu hochdynamischen Prozessen rund um Proteinnetzwerke und -maschinen in zellulären Membranen befindet sich bereits in der Entwicklung. Langfristig sollen die Forschungsergebnisse neue Möglichkeiten zur Therapie von molekularen Erkrankungen, Infektionen und Krebs aufzeigen.

(Grafik: Robert Tampé, Institut für Biochemie, Biozentrum, Goethe-Universität Frankfurt)

Bildunterschrift: Synthetische Therapeutika gegen Antibiotikaresistenz in Bakterien oder Multidrug-Resistenz in Tumorzellen können ATP-getriebene Transportproteine ​​blockieren, die Chemotherapeutika aus der Zelle transportieren

Haftungsausschluss: AAAS und EurekAlert! sind nicht verantwortlich für die Richtigkeit von Pressemitteilungen, die an EurekAlert! durch beitragende Institutionen oder für die Nutzung von Informationen über das EurekAlert-System.


Neue Forschungen zeigen, warum einige Patienten lange nach der Genesung positiv auf COVID-19 getestet werden können

In den ersten Monaten der COVID-19-Pandemie bemerkten Mitarbeiter des Gesundheitswesens, die Testergebnisse analysierten, etwas Seltsames: Patienten, die sich bereits von COVID-19 erholt hatten, testeten manchmal Wochen oder sogar Monate später unerklärlicherweise positiv bei einem PCR-Test.

Obwohl sich Menschen ein zweites Mal mit COVID-19 infizieren können, schien dies bei diesen Patienten nicht der Fall zu sein, es wurden keine lebenden Viren aus ihren Proben isoliert, und einige Studien fanden diese falsch positiven Ergebnisse sogar während der Quarantäne von Teilnehmern. Außerdem haben RNAs im Allgemeinen eine kurze Lebensdauer – die meisten bleiben nur für ein paar Minuten bestehen – daher war es unwahrscheinlich, dass positive Tests das Ergebnis von Rest-RNAs waren.

Jetzt könnte ein neues Papier aus dem Labor des Whitehead Institute-Mitglieds und MIT-Biologieprofessors Rudolf Jaenisch eine Antwort darauf geben, warum einige Patienten nach der Genesung von COVID-19 weiterhin positiv testen. In dem am 6. Mai online in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichten Papier zeigen Jaenisch und Mitarbeiter, dass genetische Sequenzen des RNA-Virus SARS-CoV-2 durch einen Prozess namens reverse Transkription in das Genom der Wirtszelle integriert werden können. Diese Abschnitte des Genoms können dann in RNAs „eingelesen“ werden, die möglicherweise durch einen PCR-Test erfasst werden könnten.

SARS-CoV-2 ist nicht das einzige Virus, das sich in das menschliche Genom integriert. Rund acht Prozent unserer DNA bestehen aus den Überresten alter Viren. Einige Viren, Retroviren genannt, sind auf die Integration in die menschliche DNA angewiesen, um sich selbst zu replizieren. „SARS-CoV-2 ist kein Retrovirus, was bedeutet, dass es für seine Replikation keine reverse Transkription benötigt“, sagt der Postdoc und Erstautor des Whitehead Institute, Liguo Zhang. „Allerdings wurden nicht-retrovirale RNA-Virussequenzen in den Genomen vieler Wirbeltierarten, einschließlich des Menschen, nachgewiesen.“

Vor diesem Hintergrund begannen Zhang und Jaenisch Experimente zu entwerfen, um zu testen, ob diese virale Integration mit dem neuartigen Coronavirus stattfinden könnte. Mithilfe von Jaenisch-Laborpostdoc Alexsia Richards infizierten die Forscher im Labor menschliche Zellen mit dem Coronavirus und sequenzierten dann zwei Tage später die DNA infizierter Zellen, um zu sehen, ob sie Spuren des Erbguts des Virus enthielt.

Um sicherzustellen, dass ihre Ergebnisse mit unterschiedlichen Methoden bestätigt werden konnten, verwendeten sie drei verschiedene DNA-Sequenzierungstechniken. In allen Proben fanden sie Fragmente von viralem genetischem Material (obwohl die Forscher betonen, dass keines der eingefügten Fragmente ausreichte, um ein lebendes Virus nachzubilden).

Zhang, Jaenisch und Kollegen untersuchten dann die DNA, die die kleinen Virussequenzen flankiert, auf Hinweise auf den Mechanismus, über den sie dorthin gelangten. In diesen umgebenden Sequenzen fanden die Forscher das Kennzeichen eines genetischen Merkmals, das als Retrotransposon bezeichnet wird.

Transposons werden manchmal als „springende Gene“ bezeichnet und sind Abschnitte der DNA, die sich von einer Region des Genoms in eine andere bewegen können. Sie werden oft aktiviert, um bei hohem Stress oder während Krebs oder Alterung zu „springen“, und sind starke Agenten der genetischen Veränderung.

Ein gängiges Transposon im menschlichen Genom heißt LINE1-Retrotransposon, das aus einer leistungsstarken Kombination von DNA-Schneidmaschinen und reverser Transkriptase besteht, einem Enzym, das DNA-Moleküle aus einer RNA-Vorlage (wie die RNA von SARS-CoV-2 .) erzeugt ).

„Die LINE1-Integration hat einen ganz klaren Fußabdruck“, sagt Jaenisch. "An der Verbindung der viralen Sequenz mit der zellulären DNA führt es zu einer Duplikation von 20 Basenpaaren."

Neben der Duplikation ist ein weiteres Merkmal als Beweis für die LINE1-vermittelte Integration eine LINE1-Endonuklease-Erkennungssequenz. Die Forscher identifizierten diese Merkmale in fast 70 Prozent der DNAs, die virale Sequenzen enthielten, aber nicht in allen, was darauf hindeutet, dass die virale RNA möglicherweise über mehrere Mechanismen in die zelluläre DNA integriert wird.

Um die virale Integration außerhalb des Labors zu überprüfen, analysierten die Forscher veröffentlichte Datensätze von RNA-Transkripten aus verschiedenen Arten von Proben, einschließlich COVID-19-Patientenproben. Mit diesen Datensätzen konnten Zhang und Jaenisch den Anteil der Gene berechnen, die in den Zellen dieser Patienten transkribiert wurden und virale Sequenzen enthielten, die aus integrierten Viruskopien abgeleitet werden konnten. Der Prozentsatz variierte von Probe zu Probe, aber für einige scheint ein relativ großer Teil der viralen Transkripte aus viralem genetischem Material, das in das Genom integriert ist, transkribiert worden zu sein.

Ein früherer Entwurf des Papiers mit diesem Ergebnis wurde online auf dem Preprint-Server bioRxiv veröffentlicht. Neuere Forschungen haben jedoch gezeigt, dass zumindest einige der viral-zellulären Reads das Produkt irreführender Artefakte der RNA-Sequenzierungsmethode sein könnten. In der vorliegenden Arbeit konnten die Forscher diese Artefakte beseitigen, die die Ergebnisse hätten verdunkeln können.

Anstatt einfach Transkripte zu zählen, die virales Material enthielten, untersuchten die Forscher, in welcher Richtung die Transkripte gelesen wurden. Wären die viralen Reads das Ergebnis lebender Viren oder vorhandener viraler RNAs in der Zelle, würden die Forscher erwarten, dass in akut infizierten Zellen in Kultur die meisten viralen Transkripte in der richtigen Orientierung für die fraglichen Sequenzen gelesen worden wären, mehr als 99 Prozent sind in der richtigen Ausrichtung. Wären die Transkripte jedoch das Produkt einer zufälligen viralen Integration in das Genom, würde es eine Aufspaltung von nahezu 50 zu 50 geben – die Hälfte der Transkripte wäre relativ zu den Wirtsgenen vorwärts, die andere Hälfte rückwärts gelesen worden. „Das haben wir bei einigen Patientenproben gesehen“, sagt Zhang. „Es deutet darauf hin, dass ein Großteil der viralen RNA in einigen Proben aus integrierten Sequenzen transkribiert werden könnte.“

Da der verwendete Datensatz recht klein war, betont Jaenisch, dass mehr Informationen benötigt werden, um genau festzustellen, wie häufig dieses Phänomen im wirklichen Leben vorkommt und was es für die menschliche Gesundheit bedeuten könnte.

Möglicherweise erfahren nur sehr wenige menschliche Zellen überhaupt eine virale Integration. Im Fall eines anderen RNA-Virus, das sich in das Genom der Wirtszelle integriert, enthielt nur ein Bruchteil eines Prozents der infizierten Zellen (zwischen 0,001 und 0,01) integrierte virale DNA. Für SARS-CoV-2 ist die Häufigkeit der Integration beim Menschen noch unbekannt. „Der Anteil der Zellen, die die Integration mit haben, könnte sehr klein sein“, sagt Jaenisch. "Aber auch wenn es selten ist, es gibt bereits mehr als 140 Millionen Menschen, die sich infiziert haben, oder?"

In Zukunft wollen Jaenisch und Zhang untersuchen, ob die Fragmente des SARS-CoV-2-Erbmaterials von der Zelle zu Proteinen verarbeitet werden könnten. „Wenn sie es tun und Immunreaktionen auslösen, kann dies einen kontinuierlichen Schutz vor dem Virus bieten“, sagt Zhang.

Sie hoffen auch, untersuchen zu können, ob diese integrierten DNA-Abschnitte für einige der langfristigen Autoimmunfolgen, die einige COVID-19-Patienten haben, mitverantwortlich sein könnten. „Wir können derzeit nur spekulieren“, sagt Jaenisch. „Aber eine Sache, von der wir glauben, dass wir sie erklären können, ist, warum einige Patienten langfristig PCR-positiv sind.“

Liguo Zhang, Alexsia Richards, M. Inmaculada Barrasa, Stephen H. Hughes, Richard A. Young und Rudolf Jaenisch. "Reverse-transkribierte SARS-CoV-2-RNA kann sich in das Genom von kultivierten menschlichen Zellen integrieren und kann in Geweben von Patienten exprimiert werden." PNAS, 6. Mai 2020.


Forscher nähern sich einer Gentherapie, die das Gehör von angeborenen Gehörlosen wiederherstellen würde

Kredit: CC0 Public Domain

Forscher der Oregon State University haben ein wichtiges neues Puzzleteil bei der Suche nach Gentherapie gefunden, um gehörlosen Menschen das Hören zu ermöglichen.

Im Zentrum der Arbeit steht ein großes Gen, das für das Innenohrprotein Otoferlin verantwortlich ist. Mutationen in Otoferlin sind mit schwerem angeborenem Hörverlust verbunden, einer häufigen Art von Taubheit, bei der Patienten fast nichts hören können.

"Otoferlin schien lange Zeit ein One-Trick-Pony eines Proteins zu sein", sagte Colin Johnson, außerordentlicher Professor für Biochemie und Biophysik am OSU College of Science. "Viele Gene werden verschiedene Aufgaben haben, aber das Otoferlin-Gen schien nur einen Zweck zu haben und das war die Kodierung von Geräuschen in den sensorischen Haarzellen im Innenohr. Kleine Mutationen in Otoferlin machen Menschen zutiefst taub."

In seiner regulären Form ist das Otoferlin-Gen zu groß, um es in einem Träger für die molekulare Therapie zu verpacken, daher erwägt Johnsons Team, stattdessen eine verkürzte Version zu verwenden.

Forschungen unter der Leitung des Doktoranden Aayushi Manchanda zeigten, dass die verkürzte Version einen Teil des Gens enthalten muss, das als Transmembrandomäne bekannt ist, und einer der Gründe dafür war unerwartet: Ohne die Transmembrandomäne reiften die Sinneszellen langsam.

"Das war überraschend, da bekannt war, dass Otoferlin bei der Kodierung von Hörinformationen hilft, aber nicht angenommen wurde, dass es an der Entwicklung von Sinneszellen beteiligt ist", sagte Johnson.

Die Ergebnisse wurden heute veröffentlicht in Molekularbiologie der Zelle.

Wissenschaftler in Johnsons Labor arbeiten seit Jahren mit dem Otoferlin-Molekül und identifizierten 2017 eine verkürzte Form des Gens, die bei der Kodierung von Geräuschen fungieren kann.

Um zu testen, ob die Transmembrandomäne von Otoferlin Teil der verkürzten Version des Gens sein muss, führte Manchanda eine Mutation ein, die die Transmembrandomäne in Zebrafischen verkürzte.

Zebrafische, eine kleine Süßwasserart, die in etwa fünf Tagen von einer Zelle zu einem schwimmenden Fisch wird, haben auf molekularer, genetischer und zellulärer Ebene eine bemerkenswerte Ähnlichkeit mit dem Menschen, was bedeutet, dass viele Zebrafisch-Erkenntnisse unmittelbar für den Menschen relevant sind. Embryonale Zebrafische sind transparent und können in kleinen Mengen Wasser leicht gepflegt werden.

"Die Transmembrandomäne bindet Otoferlin an die Zellmembran und intrazelluläre Vesikel, aber es war nicht klar, ob dies essentiell ist und in eine verkürzte Form von Otoferlin aufgenommen werden musste", sagte Manchanda. „Wir haben festgestellt, dass der Verlust der Transmembrandomäne dazu führt, dass die sensorischen Haarzellen weniger Otoferlin produzieren und die Aktivität der Haarzellen beeinträchtigt. Die Mutation führte auch zu einer Verzögerung der Reifung der sensorischen Zellen, was eine Überraschung war. Insgesamt die Ergebnisse argumentieren, dass die Transmembrandomäne in jedem Gentherapiekonstrukt enthalten sein muss."

Auf molekularer Ebene stellte Manchanda fest, dass ein Mangel an Transmembrandomäne dazu führte, dass Otoferlin die mit Neurotransmittern gefüllten synaptischen Vesikel nicht richtig mit der Zellmembran verbindet, wodurch weniger Neurotransmitter freigesetzt werden.

"Unsere Studie legt nahe, dass die Fähigkeit von Otoferlin, die Vesikel an die Zellmembran zu binden, ein wichtiger mechanistischer Schritt für die Freisetzung von Neurotransmittern während der Kodierung von Geräuschen ist", sagte Manchanda.


Das große Bild

Lassen Sie uns noch einmal betonen: Dies sind beides kleine Studien, und wir müssen sie wirklich mit größeren Populationen und konsistenteren Stichproben replizieren. Aber zumindest wenn es um Antikörper geht, sind die Konsistenzen zwischen diesen beiden Studien ein Schritt, um Vertrauen in die Ergebnisse zu schaffen. Und diese Ergebnisse sind ziemlich gut: klare Anzeichen für das Langzeitgedächtnis und dass die Fähigkeit des Immunsystems, seine Abwehrkräfte zu schärfen, gegen SARS-CoV-2 zu arbeiten scheint.

Darüber hinaus scheinen die T-Zell-Ergebnisse, obwohl sie eher vorläufig sind, auch auf eine langfristige Immunität hinzuweisen. Aber dort sind die Ergebnisse nicht so konsistent, da verschiedene Aspekte der T-Zell-Immunität bei verschiedenen Patienten bestehen bleiben. Die Forscher teilten die verschiedenen Aspekte in fünf Kategorien ein und stellten fest, dass bei weniger als der Hälfte ihrer Studienpopulation nach fünf Monaten noch alle fünf Kategorien des Gedächtnisses vorhanden waren. Aber 95 Prozent von ihnen wiesen mindestens drei Kategorien auf, was darauf hindeutet, dass zumindest eine gewisse Erinnerung erhalten bleibt. Zu diesem Zeitpunkt verstehen wir jedoch nicht wirklich, was eine schützende Immunität bieten würde, daher ist es schwierig, die Bedeutung dieser Ergebnisse zu beurteilen.


Informationen zum Autor

Mitgliedschaften

Abteilung für Biologie, University of California, San Diego, La Jolla, Kalifornien, USA

Sarah Azoubel Lima, Laura B. Chipman, Angela L. Nicholson und Amy E. Pasquinelli

Center for RNA Science and Therapeutics, Case Western Reserve University, Cleveland, Ohio, USA

Ying-Hsin Chen & Jeff Coller

Department of Cellular and Molecular Medicine, University of California at San Diego, La Jolla, Kalifornien, USA

Sie können auch in PubMed Google Scholar nach diesem Autor suchen

Sie können auch in PubMed Google Scholar nach diesem Autor suchen

Sie können auch in PubMed Google Scholar nach diesem Autor suchen

Sie können auch in PubMed Google Scholar nach diesem Autor suchen

Sie können auch in PubMed Google Scholar nach diesem Autor suchen

Sie können auch in PubMed Google Scholar nach diesem Autor suchen

Sie können auch in PubMed Google Scholar nach diesem Autor suchen

Sie können auch in PubMed Google Scholar nach diesem Autor suchen

Beiträge

A.E.P. und S.A.L. entwarf das Projekt und schrieb die Arbeit. S.A.L. führte die Experimente und Datenanalyse mit Hilfe von L.B.C., A.L.N., B.A.Y. und G.W.Y. Y.-H.C. und J.C. entwarfen und führten Experimente für die ergänzende Abbildung 5 durch.

Korrespondierender Autor


Genetische Veränderung

Wageningen University & Research möchte zu einer konstruktiven Debatte über genetische Veränderungen beitragen. Dabei betrachten wir nicht nur die technischen Möglichkeiten der gentechnischen Veränderung, sondern auch die Auswirkungen dieser Technik auf die menschliche Gesundheit, die Umwelt und die Landwirtschaft. Auch Gesetze und Verordnungen spielen eine wichtige Rolle.

Die genetische Modifikation ist eine Technik, um die Eigenschaften einer Pflanze, eines Tieres oder eines Mikroorganismus zu verändern, indem ein Stück DNA von einem Organismus auf einen anderen übertragen wird. Dies geschieht durch gezieltes Entfernen der gewünschten Gene aus der DNA des einen Organismus und Hinzufügen zum anderen Organismus. Diese Technik wurde beispielsweise verwendet, um Pilze und Bakterien zu entwickeln, die Medikamente herstellen.

Bei Pflanzen unterscheiden wir innerhalb der genetischen Veränderung zwischen Cisgenese und Transgenese. Cisgenese ist die Übertragung von genetischem Material, das von einer verwandten Pflanze stammt. Wageningen UR hat diese Methode beispielsweise genutzt, um Gene aus Wildkartoffelpflanzen zu nutzen, um Konsumkartoffeln widerstandsfähiger gegen Phytophthora zu machen. Transgenese ist die Übertragung von genetischem Material von nicht verwandten Arten.

Das Hinzufügen von gewünschten Eigenschaften zu lebenden Organismen, wie Resistenz gegen Krankheiten oder Trockenheit, kann auch durch die Kreuzung von Arten erreicht werden. Die Vermischung bringt aber auch ungewollte Eigenschaften mit sich. Der Prozess, diese unerwünschten Eigenschaften durch Kreuzung wieder loszuwerden, dauert Jahrzehnte. Zurück zum Beispiel Kartoffel: Es gibt Wildkartoffelarten, die gegen Krankheiten resistent sind, gegen die Konsumkartoffeln nicht schützen können. Durch die Kreuzung einer Wildkartoffelart mit einer Kulturkartoffel entstehen Setzlinge mit einem Genpaket, von dem nur die Hälfte aus der Wildkartoffel stammt. Um das Pflanzenmaterial durch Kreuzung mit der Kulturkartoffel wieder für die Nahrungsmittelproduktion nutzbar zu machen, wären etwa dreißig Jahre nötig. Mittels genetischer Modifikation kann in kurzer Zeit eine neue Variante mit genau den richtigen Eigenschaften entwickelt werden, da nur das gewünschte Gen übertragen wird.

Die Technologie, die eine gezielte Einstellung der Eigenschaften von Pflanzen, Tieren oder Mikroorganismen erlaubt, weist keine besonderen Nachteile auf. Wichtig ist jedoch, dass die Technik richtig eingesetzt wird. Hierzu gibt es nationale und internationale Vereinbarungen. In der Praxis könnten Pflanzenzüchtung oder genetische Veränderung viel mehr Eigenschaften von Organismen verändern als erwünscht. Deshalb wird jede Immobilie von Experten auf nationaler und internationaler Ebene überprüft und zulässige Anpassungen festgelegt.

Auch die Gesetzgebung rund um die Technologie hat Nachteile. Unternehmen, die eine neue Pflanzensorte entwickeln, können Patente anmelden. Dieses Patent verbietet anderen, diese neue Sorte für die weitere Züchtung zu verwenden. Dies ermöglicht Unternehmen, die durch gentechnische Veränderung einen neuen Pflanzentyp entwickelt haben, diese Sorte über Jahre hinweg weiter zu vertreiben. Und weil die modifizierten Arten oft über hervorragende Eigenschaften verfügen, werden sie auch von Landwirten gewünscht. Auf diese Weise können Monokulturen entstehen. In der konventionellen Züchtung gibt es natürlich immer Sorten, die von Landwirten bevorzugt werden, aber da die Sorten, die durch Züchtung entstanden sind, von anderen weitergezüchtet werden können (dies ist nur das Züchterrecht, kein Patent) gibt es einen ständigen Fluss von neue Sorten auf dem Markt.

Dies ist absolut nicht der Fall. Der Einsatz von Kreuzungen wird immer wichtig sein, um eine große Vielfalt an landwirtschaftlichen Produkten garantieren zu können. Wageningen University & Research betont, dass genetische Veränderungen wie alle anderen Technologien in eine breite agroökologische landwirtschaftliche Praxis integriert werden sollten. Ausgangspunkt ist immer die gute landwirtschaftliche Praxis. Die genetische Veränderung ist nur eine der Säulen, mit denen die Nahrungsversorgung optimiert und gleichzeitig nachhaltig gehalten werden kann.

Darüber hinaus sollten Verbraucher immer die Wahl haben, ob sie Lebensmittel mit gentechnisch veränderten Zutaten wünschen oder nicht. Es darf nicht sein, dass einige wenige große Saatgutproduzenten entscheiden, was die Menschen weltweit essen.

Im Jahr 2010 wurden weltweit auf über 140 Millionen Hektar gentechnisch veränderte Pflanzen angebaut. Das ist eine Fläche, die fast so groß ist wie die Niederlande, Belgien, Luxemburg, Deutschland, Frankreich, die Schweiz und Italien zusammen. Dieser Anbau findet sowohl in entwickelten Ländern als auch in mehreren großen Entwicklungsländern statt. Gentechnisch veränderte Pflanzen werden in der EU kaum angebaut. Das soll sich in den kommenden Jahren ändern. Der Import von gentechnisch veränderten Produkten findet jedoch bereits in großem Umfang statt, beispielsweise Produkte wie Sojabohnen, Mais und Baumwolle. Gentechnisch veränderte Nutzpflanzen in der Nutztierfütterung sind bereits weit verbreitet. 80 Prozent des weltweit produzierten Sojas - ein wichtiger Rohstoff für Tierfutter - ist gentechnisch verändert.

Nutztiere werden in Europa nicht gentechnisch verändert. In mehreren Ländern außerhalb Europas geschieht dies bereits, aber diese Tiere werden noch nicht für die Produktion verwendet.

Die Modifikation von Mikroorganismen wird hauptsächlich in pharmazeutischen Anwendungen eingesetzt.

Werden GVO in Lebensmitteln verwendet, ist dies auf der Verpackung angegeben. Bei Milch, Fleisch und Eiern von Tieren, die gentechnisch veränderte Futtermittel gefressen haben, besteht keine Kennzeichnungspflicht.

Manchmal landen Futtermittel, die noch nicht oder noch nicht auf dem EU-Markt zugelassen sind, in Europa. Aus diesem Grund werden an verschiedenen Stellen der Kette – vom Hafen bis zu den landwirtschaftlichen Betrieben – kontinuierlich Probenahmen durchgeführt, um GVO aufzuspüren und zu erkennen, woher sie stammen. Wageningen Food Safety Research verfügt über viele Methoden zum Nachweis verschiedener GVO und entwickelt Methoden, um alle GVO in einer Probe mit einer einzigen Analyse nachweisen zu können.

Um eine Vermischung von GVO mit Nicht-GVO zu vermeiden, gibt es strenge Regeln, beispielsweise den Mindestabstand zwischen Feldern mit nicht gentechnisch veränderten Pflanzen und gentechnisch veränderten Pflanzen. Dies soll eine mögliche gegenseitige Befruchtung verhindern.

Die Lebensmittelsicherheit muss langfristig gewährleistet sein. Das bedeutet, dass Unternehmen, die durch genetische Veränderung neue Sorten entwickeln, diese vor der Vermarktung testen lassen müssen. Die Tests werden in Europa von allen 27 Mitgliedstaaten durchgeführt, die ihre Bewertungen an die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) senden, die wissenschaftliche Einrichtung, die das endgültige Urteil über die Akten hat. Die Entscheidungsfindung liegt bei der Politik auf nationaler und europäischer Ebene. Für die Prüfungen, die Unternehmen innerhalb der EU durchführen müssen, stehen Richtlinien der EFSA zur Verfügung. Zum Beispiel Tests, die durchgeführt werden, um zu sehen, wie viel das einer Pflanze hinzugefügte Gen exprimiert wird. Darüber hinaus wird untersucht, ob die Proteine ​​toxisch sind oder möglicherweise zu allergischen Reaktionen führen. Es gibt auch Tests, um festzustellen, ob die Änderung den Nährwert der Pflanze beeinflusst. Neben Prüfungen zur Lebensmittelsicherheit werden auch Umweltaspekte berücksichtigt.

In den Niederlanden entwickelt Wageningen Food Safety Research Methoden, um die Lebens- und Futtermittelsicherheit in Zukunft durch den Einsatz fortschrittlicher Analysetechniken effizienter zu testen. Unterschiede zwischen den gentechnisch veränderten Pflanzen und ähnlichen konventionellen Pflanzen werden dann in einer einzigen Analyse dargestellt.


Australische Wissenschaftler näher an der Bekämpfung der Langzeitfolgen von COVID-19

SARS-CoV-2 E bindet an Pals1, ein Schlüsselprotein, das im menschlichen Gewebe vorkommt. Credit: La Trobe University

Forscher der La Trobe University sind die ersten weltweit, die genau charakterisieren, wie COVID-19 das Lungengewebe angreift – ein wichtiger Schritt zur Verhinderung von Langzeitschäden.

Veröffentlichung ihrer Ergebnisse heute in Kommunikationsbiologie Journal erstellten die Forscher Bilder auf atomarer Ebene des Zusammenspiels zwischen einem im Virus gefundenen Protein und denen in menschlichen Geweben, einschließlich der Lunge.

Der Co-Autor der Studie, Professor Marc Kvansakul von der La Trobe University, sagte, es sei entscheidend zu verstehen, wie das Virus das Lungengewebe angreift, wenn wir bei einigen COVID-19-Patienten – einschließlich derer mit wenigen oder keinen Risikofaktoren – langfristige Lungenschäden verhindern wollen.

"Wir haben viele Patienten auf der ganzen Welt gesehen, die sich von der akuten Phase der Krankheit erholt haben, nur um festzustellen, dass sie Langzeitschäden an Lunge und anderen Organen haben", sagte Professor Kvansakul.

"Die genaue Feststellung, wie dieser Schaden entsteht, bringt uns der Entwicklung von Behandlungen, die noch auf der Intensivstation verabreicht werden können, einen wichtigen Schritt näher.

„Das ultimative Ziel ist es, den Menschen zu helfen, sich schneller und vollständiger zu erholen und anhaltende Atemprobleme zu verhindern“, sagte Professor Kvansakul.

Mit starken Lichtstrahlen am australischen Synchrotron konnten die Forscher Bilder davon erstellen, wie das SARS-CoV-2 E an Pals1 bindet und dieses entführt, ein Schlüsselprotein, das im menschlichen Gewebe vorkommt.

Animation der Bindung von SARS-CoV-2 E an und der Entführung von menschlichem Lungengewebe. Credit: La Trobe University

Dadurch entsteht eine Lücke für das Virus, um in das empfindliche Lungengewebe einzudringen, was zu einer irreversiblen Narbenbildung führt.

Der Co-Autor der Studie, Professor Patrick Humbert von der La Trobe University, sagte, obwohl weltweit neue COVID-19-Impfstoffe verabreicht werden, bleibt die Suche nach Behandlungen zur Bekämpfung der langfristigen Auswirkungen von entscheidender Bedeutung.

„Wir haben bereits gesehen, wie dieses Virus zu neuen Stämmen mutieren kann, was bedeutet, dass unsere aktuellen Impfstoffe nicht immer wirksam sind“, sagte Professor Humbert.

„Es gibt auch viele Länder auf der ganzen Welt – einschließlich Australien –, die für einige Zeit wahrscheinlich keine hohen Impfraten erreichen werden.

„Das Virus wird uns noch sehr lange begleiten, daher ist es absolut wichtig, den Menschen zu einer schnellen und vollständigen Genesung zu verhelfen“, sagte Professor Humbert.

Professor Kvansakul said the next step is to develop drugs to target this virus-host interaction—treatments that could potentially reduce infectivity and viral spread, as well as lung damage.

This would be especially important for people who have not been vaccinated or who have poor responses to the current vaccines.


Is there selection against long proteins and long genes? - Biologie

The limitations of natural selection

There are many reasons why natural selection may not produce a "perfectly-engineered" trait. For example, you might imagine that cheetahs could catch more prey and produce more offspring if they could run just a little faster. Here are a few reasons why natural selection might not produce perfection or faster cheetahs:

Lack of necessary genetic variation
Selection can only operate on the available genetic variation. A cheetah might run faster if it had "faster" alleles — but if faster alleles are not in the population from mutation or gene flow, evolution in this direction will not happen

Constraints due to history
Perhaps a different arrangement of leg muscles and bones would produce cheetahs that run faster — however, the basic body form of mammals is already laid out in their genes and development in such a mutually constrained way, that it is unlikely to be altered. There really may be "no way to get there from here."

Trade-offs
Changing one feature for the better might change another for the worse. Perhaps faster alleles exist in the cheetah population — but there is a trade-off associated with them: the alleles produce cheetahs with longer legs (and hence more speed), but these long legs are hazardously delicate. Although longer limb bones increase stride, their chances of failing due to bending loads increases as well. In this case, perhaps no net increase in fitness would result from the faster alleles.

So natural selection may not produce perfection, but you'd at least expect it to get rid of obviously deleterious genes, wouldn't you? Vielleicht nicht.


Indian Long Pepper Plant Packs Punch against Glioblastoma in Animal Model

Indian long pepper is a plant that is commonly used in combination with other herbs in Ayurvedic medicine and other types of traditional medicine. The traditional herb goes by the botanical name Piper longum and comes from the Pfeifengewächse family. Indian long pepper has been used for gastrointestinal problems, lung problems, arthritis, menstruation, and many other conditions, but there is no scientific evidence to support these uses.

Piperlongumine, a chemical compound found in the Indian long pepper plant has been known to kill cancerous cells in many tumor types, including brain tumors. Now, new research by an international team including researchers from the Perelman School of Medicine at the University of Pennsylvania has shed light on one way in which piperlongumine works against glioblastoma in animal models.

“Natural products provide ample opportunities to develop innovative medicines,” wrote the researchers. “However, understanding their mechanisms of action remains a bottleneck to unlock their promise in drug discovery. Chemoproteomics is a privileged approach to unveil new biology for molecules of therapeutic interest. However, such methods are laborious and time-consuming and unlikely identify membrane proteins and targets with only minute expression.”

The researchers demonstrate how piperlongumine binds and hinders the activity of a protein called TRPV2. TRPV2 has been shown to be a cancer biomarker and novel therapeutic target. The protein is implicated in signaling pathways that mediate cell survival, proliferation, and metastasis.

“This study gives us a much clearer picture of how piperlongumine works against glioblastoma, and in principle enables us to develop treatments that can be even more potent,” explained study co-senior author Vera Moiseenkova-Bell, PhD, an associate professor of pharmacology and faculty director of the Electron Microscopy Resource Laboratory and Beckman Center for Cryo Electron Microscopy at Penn Medicine.

Cancers such as glioblastoma are difficult to treat because drug molecules that cross from the bloodstream into the brain are needed. The researchers developed a hydrogel-type scaffold that could be filled with piperlongumine and implanted. In two different glioblastoma mouse models, they demonstrated that their piperlongumine-filled scaffold destroyed the glioblastomas almost completely and greatly extended mouse survival compared to untreated mice. They also observed similar results against glioblastoma cells from human patients.

The researchers are now working to move their strategy forward to further preclinical studies. They are also studying molecular TRPV2 further.


Seeking Proof With Peptoids

Of course, the key to all this lies in actual experimentation. &ldquoEverything that goes back further than 2.5 to 3 billion years is speculation,&rdquo said Erich Bornberg-Bauer, a professor of molecular evolution at the Westfälische Wilhelms University of Münster in Germany. He described Dill&rsquos work as &ldquoreally a proof of concept.&rdquo The model still needs to be tested against other theoretical models and experimental research in the lab if it is truly to put up a good fight against the RNA world hypothesis. Otherwise, &ldquoit&rsquos like the joke about physicists [assuming] cows are perfectly elastic spherical objects,&rdquo said Andrei Lupas, director of the department of protein evolution at the Max Planck Institute for Developmental Biology in Germany, who believes in an RNA-peptide world, in which the two coevolved. &ldquoAny significance ultimately comes from empirical approaches.&rdquo

That&rsquos why Zuckermann, one of Dill&rsquos co-authors on the PNAS paper, has begun working on a project that he hopes will confirm Dill&rsquos hypothesis.

Twenty-five years ago, around the time that Dill proposed his HP protein-folding model, Zuckermann was developing a synthetic method to create artificial polymers called peptoids. He has used those nonbiological molecules to create protein-mimicking materials. Now he&rsquos using peptoids to test the HP model&rsquos predictions by examining how sequences fold and whether they would make good catalysts. In the course of this experiment, Zuckermann said, he and his colleagues will be testing thousands of sequences.

That&rsquos sure to be messy and difficult. Dill&rsquos HP model is highly simplified and doesn&rsquot account for many of the complicated molecular details and chemical interactions that characterize real life. &ldquoThis means we will run into atomic-level realities that the model is not capable of seeing,&rdquo Zuckermann said.

One such reality might be that a pair of foldamers would aggregate instead of catalyzing each other&rsquos production. Skeptics of Dill&rsquos hypothesis worry that it would be far easier for the hydrophobic patches to interact with one another instead of with other polymer chains. But according to Pohorille, the potential for aggregation doesn&rsquot automatically mean Dill is wrong about needing those hydrophobic patches to get autocatalysis started. &ldquoModern enzymes aren&rsquot just smooth balls. Enzymes contain crevices that assist the process of catalysis,&rdquo he explained. If there&rsquos aggregation between the foldamers through their landing pads, it&rsquos possible that the resulting structure could possess such features, too.

&ldquoEven if it seems unlikely, science has to consider all the hypotheses,&rdquo Bornberg-Bauer added. &ldquoThat&rsquos what Dill is doing.&rdquo

For now, at least, the RNA world hypothesis reigns supreme. Nevertheless, Dill and Zuckermann remain optimistic about what further research will yield. Dill plans to use the model to examine other questions about the origins of life, including how and why the genetic code arose. And Zuckermann hopes that the research &mdash in addition to confirming (or refuting) Dill&rsquos computations &mdash will also help him make foldamers that can act as vehicles for drug delivery, synthetic antibodies or diagnostic tools.

&ldquoThis model gives experimentalists like me a starting point,&rdquo Zuckermann said. &ldquoIt lays down the challenge to find these primitive catalysts, to show how they work, to say: This could have really happened.&rdquo

Reprinted with permission fromQuanta Magazine, an editorially independent publication of theSimons Foundation whose mission is to enhance public understanding of science by covering research developments and trends in mathematics and the physical and life sciences.


Schau das Video: Die Transkription - Proteinbiosynthese Teil 1 (Kann 2022).