We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
Biyolog olmayanların katıldığı bir sunumum var. Çalışmamı biraz tanıtmak için genomlar hakkında hızlı bir özet yapmam gerekiyor. Peki genom, gen, mRNA ve protein nedir? Ve en iyisi bunu tek bir şekilde, anlaşılması kolay bir şekilde elde etmek olacaktır. Bunu buldum: http://dnamismatch.com/Test/wp-content/uploads/2013/07/Genes-and-genomes.png">genomes
Moleküler biyolojinin merkezi dogması
NS moleküler biyolojinin merkezi dogması biyolojik bir sistem içindeki genetik bilgi akışının bir açıklamasıdır. Orijinal anlamı bu olmasa da, genellikle "DNA RNA'yı, RNA da proteini yapar" şeklinde ifade edilir [1]. İlk olarak 1957'de Francis Crick tarafından belirtilmiş, [2] [3] daha sonra 1958'de yayınlanmıştır: [4] [5]
Merkez Dogma. Bu, "bilgi"nin proteine bir kez geçtiğinde, bir daha dışarı çıkamayacağını belirtir. Daha ayrıntılı olarak, nükleik asitten nükleik aside veya nükleik asitten proteine bilgi aktarımı mümkün olabilir, ancak proteinden proteine veya proteinden nükleik aside aktarım imkansızdır. Burada bilgi, nükleik asitteki bazların veya proteindeki amino asit kalıntılarının diziliminin kesin olarak belirlenmesi anlamına gelir.
bir sekilde yeniden ifade etti Doğa 1970'te yayınlanan makale: "Moleküler biyolojinin merkezi dogması, sıralı bilgilerin ayrıntılı kalıntılar arası transferiyle ilgilenir. Bu tür bilgilerin proteinden ne proteine ne de nükleik aside geri aktarılamayacağını belirtir." [6]
Merkezi dogmanın ikinci bir versiyonu popülerdir ancak yanlıştır. Bu, James Watson tarafından ilk baskısında yayınlanan basit DNA → RNA → protein yoludur. Genin Moleküler Biyolojisi (1965). Watson'ın versiyonu Crick'inkinden farklıdır çünkü Watson iki aşamalı (DNA → RNA ve RNA → protein) bir süreci merkezi dogma olarak tanımlar. [7] İlk başta Crick'in belirttiği gibi dogma bugün geçerliliğini korurken, [6] Watson'ın versiyonu geçerli değildir. [2]
Dogma, canlı organizmalarda en yaygın veya genel durumda, bilgi taşıyan biyopolimerler arasındaki dizi bilgisi transferini anlamak için bir çerçevedir. Bu tür biyopolimerlerin 3 ana sınıfı vardır: DNA ve RNA (her ikisi de nükleik asitler) ve protein. Bunlar arasında meydana gelebilecek 3 × 3 = 9 akla yatkın doğrudan bilgi aktarımı vardır. Dogma bunları 3 grupta sınıflandırır: üç genel aktarım (çoğu hücrede normal olarak gerçekleştiğine inanılır), üç özel aktarım (olduğu bilinir, ancak bazı virüsler durumunda veya laboratuvarda yalnızca belirli koşullar altında gerçekleşir) ve üç bilinmeyen transferler (asla gerçekleşmeyeceğine inanılıyor). Genel transferler biyolojik bilginin normal akışını tanımlar: DNA, DNA'ya kopyalanabilir (DNA replikasyonu), DNA bilgisi mRNA'ya kopyalanabilir (transkripsiyon) ve mRNA'daki bilgiler bir şablon (çeviri) olarak kullanılarak proteinler sentezlenebilir. Özel transferler şunları açıklar: RNA'dan kopyalanan RNA (RNA replikasyonu), bir RNA şablonu kullanılarak DNA sentezlenir (ters transkripsiyon) ve mRNA kullanılmadan doğrudan bir DNA şablonundan sentezlenen proteinler. Bilinmeyen transferler şunları açıklar: bir proteinden kopyalanan bir protein, bir proteinin birincil yapısını şablon olarak kullanarak RNA sentezi ve bir proteinin birincil yapısını şablon olarak kullanarak DNA sentezi - bunların doğal olarak meydana geldiği düşünülmez. [6]
Moleküler Biyolojinin Merkezi Dogması (Diyagramlı) | Biyoloji
Protein sentezi süreci, genetik bilginin nükleik asitlerden proteinlere aktığına göre moleküler biyolojinin merkezi dogmalarından birini içerir. İlk olarak 1958 yılında Crick tarafından önerildi. Bu merkezi dogmanın ilk adımı DNA'dan RNA sentezidir. Bu, transkripsiyon olarak bilinir. İkinci adım, nükleotid dizilerinden amino asit dizilerine bir kod değişikliğini içerir ve translasyon olarak adlandırılır.
Aşağıdaki gibi gösterilebilir:
Organizmalarda bulunan DNA'nın iki ana işlevi vardır - replikasyon ve fenogenez. Fenogenez, belirli bir ortamda DNA'nın kontrolü altında bir organizmanın fenotipinin üretildiği bir mekanizmadır. Çevre, sıcaklık, ışık kalitesi ve miktarı gibi dış faktörleri ve hormonlar ve enzimler gibi iç faktörleri içerir.
Bir organizmanın fenotipi, hücrelerinin zigottan yetişkin aşamasına kadar çeşitli embriyolojik ve biyokimyasal aktivitelerinin sonucudur. Bütün bu aktiviteler, çeşitli yapısal ve fonksiyonel enzimlerin hareketini içerir. Enzimler, çeşitli hücresel moleküllerin bölünmesine veya birleşmesine neden olan katalitik işlevleri yerine getirir. Her reaksiyon, bir maddenin diğerine dönüşümünü içeren aşamalı bir şekilde gerçekleşir.
Çeşitli adımlar, bir öncü maddenin, nihai olarak yapısal veya işlevsel bir fenotipik özellik olan nihai ürününe dönüşümünü içerir. Çeşitli adımlar biyosentetik bir yol oluşturur. Yolun her adımı, belirli bir gen tarafından üretilen belirli bir enzim tarafından katalize edilir.
Bununla birlikte DNA, doğrudan biyosentetik yolakta yer almaz. mRNA adı verilen bir ara molekül, enzimleri oluşturmak için amino asitlerin bir araya gelmesinde rol oynar. Böylece, belirli bir fenotipik özellik üretmek için DNA, enzimatik veya yapısal bir proteine dönüşen mRNA'yı kopyalar. Genler ve enzimler arasındaki işlevsel bir ilişkinin temeli, 1902'de Bateson'un çekinik bir özellik olarak kalıtılan alkaptonüri olarak bilinen nadir bir insan kusurunu bildirmesiyle atıldı.
Daha sonra 1909 yılında, popüler olarak biyokimyasal genetiğin babası olarak bilinen İngiliz doktor Archibald Garrod, genler ve spesifik kimyasal reaksiyonlar arasında bir ilişki olduğunu öne süren ‘Doğal metabolizma hataları’ adlı kitabında yayınladı. Ancak Beadle, Tatum ve diğer genetikçiler, gen eylemini daha iyi anlamak için Neurospora üzerinde çalışana kadar çalışmaları fark edilmeden kaldı. Genlerin mutasyonel değişiminin spesifik enzimlerin kaybına neden olabileceğini bulmuşlardır. Bu kavram yaygın olarak ‘Bir gen bir enzim hipotezi’ olarak biliniyordu.
‘bir gen bir enzim’ bir fenotipik etki ilişkisi kavramı Neurospora crassa ile örneklendirilmiştir. Neurospora'nın vahşi türü veya prototrofu, inorganik tuzlar, bir organik karbon kaynağı ve vitamin biotin içeren basit bir ortamda yaşayabilir. Bu basit ortam, minimal ortam olarak bilinir.
Böylece mantar, normal gelişim için gerekli olan diğer tüm vitaminleri, amino asitleri ve azotlu bazları sentezlemek için doğuştan gelen bir kapasiteye sahiptir. Beadle ve Tatum'a göre, bir gen, ikincisi tarafından oluşturulan spesifik bir enzimin sentezini kontrol ederek yapısal veya fonksiyonel bir özelliği kontrol eder.
Neurospora'nın konidialarını X ışınlarına veya UV ışınlarına maruz bıraktılar ve oksotrof adı verilen çok sayıda mutant elde ettiler. Bunlar normal veya minimal ortamda büyüyemeyen beslenme mutantlarıdır. Beadle ve Tatum, çalışmaları için üç mutant seçti.
a. Oksotrof Gerektiren Ornitin:
Bunlar sitrülin ve arginin sentezleyemezler. Bununla birlikte, ornitin ile desteklendiğinde arginin sentezleyebildiler.
B. Oksotrof Gerektiren Sitrülin:
Bunlar ornitin sentezler, ancak arginin yapamazlar.
C. Oksotrof Gerektiren Arginin:
Bunlar hem sitrülin hem de ornitin sentezleyebilir. Bunlar arginin ile desteklenirse normal olarak büyür.
Bu üç tip mutantın varlığı, arginin sentezinde yer alan bir dizi reaksiyonu gösterir. Beadle ve Tatum'un çalışmaları Şekil 8'de özetlenmiştir.
Mutasyonların enzimlerde kusurlara neden olduğu sonucuna vardılar. Bir mutasyon sadece bir kusurlu enzim üretir. Beadle ve Tatum, 1958'deki katkılarından dolayı Nobel Ödülü'ne layık görüldü.
Ancak 'bir gen bir enzim' hipotezinin aşağıdaki gibi bazı sınırlamaları vardır:
a. Tüm genler enzim veya bileşenlerini üretmez. Bazıları diğer genleri kontrol eder.
B. Tüm proteinler enzim değildir. Pek çok protein, her bir ayrı polipeptitin bir genin kontrolü altında olduğu, polipeptit adı verilen alt birimden oluşur. Örneğin, Escherichia coli bakterisinin triptofan sentetaz enzimi, A ve B olmak üzere iki ayrı polipeptitten oluşur.
Polipeptit A α tipindeyken polipeptit B β tipindedir. İki genden herhangi birinde meydana gelen bir değişiklik, A ve B tipinin sentezlenmemesi yoluyla triptofan sentetazın inaktivasyonuna neden olur. Enzimin inaktivasyonu triptofan sentezini durdurur. Benzer şekilde, yetişkin insan hemoglobini, 2a ve 2b olmak üzere dört polipeptit zincirinden oluşur.
Her polipeptit zinciri ayrı bir gen tarafından kodlanır. Bu nedenle, bir gen bir enzim hipotezi, ‘one gen bir polipeptid’ hipotezi olarak değiştirilmiştir. Buna göre, yapısal bir gen, tek bir polipeptidin sentezini belirtir. DNA'nın bir polipeptidi kodlayan bölümü Cistron olarak adlandırıldığından, hipoteze bir cistron bir polipeptid hipotezi de denir.
1970 yılında, HM Temin ve D Baltimore, virüs içeren bazı RNA'larda ‘RNA bağımlı DNA polimeraz’ enziminin varlığını bildirdiler. Bu enzim, tek sarmallı bir RNA şablonundan DNA sentezleyebilir. Bu süreç aynı zamanda ters transkripsiyon veya teminizm olarak da bilinir. Yeni sentezlenen DNA daha sonra transkripsiyon yoluyla mRNA'yı sentezler ve bu da translasyon yoluyla polipeptit üretir.
Bu enzim, bilgi dizisinin mutlaka DNA'dan RNA'ya proteine değil, aynı zamanda RNA'dan DNA'ya da gerçekleşebileceğine göre ‘merkezi dogma ters’ kavramını doğurmuştur.
Kromozomlar, DNA ve Genler Arasındaki İlişki Nedir?
Kromozomlar, birçok genden oluşan bir hücre çekirdeği içindeki yapılardır. Genler, proteinleri sentezlemek için kullanılan genetik bilgiyi içeren deoksiribonükleik asit (DNA) içerir.
Kromozomlar, bir hücre içinde yüzlerce veya binlerce gen içerebilen uzun ipliklerdir. İnsanlarda 20.000 ila 30.000 gen bulunur. Her insan hücresinde toplam 46 kromozom veren bir çift 23 kromozom bulunur. Genler, özelliklerin oluşmasına yardımcı olur ve birden fazla gen, belirli bir özelliği yaratabilir. Genler bazen, özelliklerin nasıl geliştiğini etkileyen genetik anormallikler veya edinilmiş mutasyonlar içerir. Genler içinde, deoksiribonükleik asit (DNA), adenin, sitozin, guanin ve timin olmak üzere dört yapı taşı içerir. Bu bazların sırası, genomun talimatlarını şekillendirir.
kromozom eşleşmeleri
Çok sayıda gen içeren kromozomlara rağmen, bu genler çok özel bir dizilimde düzenlenmiştir. Her genin bir kromozom içinde, lokus adı verilen özel bir yeri vardır. İnsan vücudundaki çoğu hücrede kırmızı kan hücreleri, yumurta hücreleri ve sperm gibi birkaç hücre dışında 23 çift kromozom bulunur. Her bir kromozom çifti, bir ana hücre ve bir baba hücresinden gelen genetik bilgiyi içerir. Bir hücredeki 23 çift kromozomdan 22'si cinsiyet dışı kromozomlar veya otozomal kromozomlardır. Son kromozom çifti, X ve Y olan cinsiyet kromozomlarını içerir. Cinsiyet hücrelerinin eşleşmesi, yavrunun cinsiyetini belirler. Erkeklerde bir X kromozomu ve bir Y kromozomu bulunur. X anneden, Y kromozomu babadan gelir. Dişiler ise aksine iki X kromozomuna sahiptir. Bir kromozom anneden, diğeri babadan gelir. Normalde, cinsiyet dışı kromozomlardaki genler tam olarak ifade edilebilir. Bununla birlikte, bazen, durumun böyle olmadığı durumlarda sorunlar ortaya çıkar. Anormalliğe bağlı olarak, insanlar hafif ila şiddetli gelişimsel problemlerle doğabilir veya gelişebilir.
Kromozom anormallikleri
Kromozomlarda ortaya çıkan anormallikler birkaç farklı şekilde olabilir. Kromozom anormallikleri, anormal sayıda kromozomun bir sonucu olarak veya yanlışlıkla silinen veya farklı bir kromozoma yerleştirilen bölümler gibi kromozomun bir alanı anormal şekilde geliştiğinde ortaya çıkabilir, buna translokasyon denir. Anormal sayıda kromozoma sahip olmak ciddi komplikasyonlara neden olabilir. Örneğin fazladan bir cinsiyet dışı kromozoma sahip olmak veya cinsiyet dışı bir kromozomun olmaması, bir fetüs için ölümcül olabilir. Aynı zamanda, genetikte 21. kromozomun üç kopyasına sahip bir kişi olarak ortaya çıkan Down sendromu gibi gelişimsel sorunlara da neden olabilir. Anormal olan geniş kromozom alanları, genetik bir bozukluğa veya edinilmiş bir mutasyona bağlı olabilir. Bu anormalliğin bir örneği, kromozom 9'un bir kısmı kromozom 22'ye yer değiştirdiğinde ortaya çıkan kronik miyeloid lösemidir.
Genetik Kusurlar
Bazen insanlar, zararlı etkilerden muzdarip olmadan genetik anormalliklere sahiptir. İnsanlarda yaklaşık 300 ila 400 anormal gen vardır, ancak etkilenen kromozomun bir kısmı hala normalse, sorun geliştirme olasılıkları daha düşüktür. Bozukluklar, bir kişi aynı anormal genlerin iki kopyasına sahip olduğunda ortaya çıkar. Ebeveynleri genetik anormallikleri olan kişilerde bir bozukluk geliştirme olasılığı, ebeveynleri herhangi bir genetik problemi olmayan kişilere göre daha yüksektir.
Moleküler Biyolojinin Merkezi Dogması Nedir?
Moleküler biyolojinin merkezi dogması, genlerdeki bilgilerin proteinlere aktığı süreci tanımlar: DNA → RNA → protein. DNA, proteinleri kodlayan genleri içerir. RNA, DNA ve proteinler arasındaki ara maddedir. Ökaryotlarda çekirdekten sitoplazmaya genlerdeki bilgileri taşır. Proteinler, belirli bir hücrenin yapısının ve işlevinin belirleyicileridir. Bir protein, bir genin kodlama dizisi olan bir amino asit dizisinden oluşur. Gen ifadesi, genlerdeki talimatlara dayalı olarak proteinlerin sentezlenmesi işlemidir. Gen ekspresyonunun iki aşaması, transkripsiyon ve translasyondur.
Şekil 1: Moleküler Biyolojinin Merkezi Dogması
Hoş geldin
Bu web sitesi için “Bioconductor ile Tek Hücreli Analizi Düzenlemek”, kullanıcılara tek hücreli RNA-seq verilerinin (scRNA-seq) analizi için bazı yaygın iş akışlarını öğreten bir kitap. Bu kitap size scRNA-seq verilerini işlemek, analiz etmek, görselleştirmek ve keşfetmek için en son Bioconductor araçlarını nasıl kullanacağınızı öğretecektir. Ek olarak, el yazması için çevrimiçi bir arkadaş olarak hizmet eder. “Bioconductor ile Tek Hücreli Analizi Düzenlemek”.
Burada, transkriptomları tek hücre düzeyinde profilleyen daha yeni bir teknoloji olan scRNA-seq verilerine odaklanırken, bu kitap boyunca kullanılan araçların, kuralların ve analiz stratejilerinin çoğu, diğer tahlil türlerine geniş ölçüde uygulanabilir. Bioconductor iş akışlarının dilbilgisini öğrenerek, ister scRNA-seq ister başka bir şekilde olsun, kendi verilerinizi keşfetmeniz için size bir başlangıç noktası sağlamayı umuyoruz.
Bu kitap üç bölüm halinde düzenlenmiştir. İçinde önsöz, kitabı tanıtıyoruz ve R ve Bioconductor (hem başlangıç hem de geliştirici düzeyinde) öğrenmek için kaynaklara dalıyoruz. Bölüm I, önemli bir veri altyapısı için bir öğretici ile sona ermektedir. TekHücre Deneyi Bioconductor boyunca tek hücreli analiz için ve sonraki bölümde kullanılan sınıf.
İkinci kısım, Odak Konuları, scRNA-seq verilerinin analizi için çerçeveye genel bir bakışla başlar, sonraki her bölümde belirli konulara daha derin dalışlar sunulur.
Üçüncü kısım, iş akışları, öncelikle kitap boyunca çeşitli veri kümelerinin analizini detaylandıran kod sağlar.
Son olarak, ek katkıda bulunanlarımızı vurgular.
Kitap, bookdown ile RMarkdown'da yazılmıştır. OSCA, iş akışlarına, düzeltmelere ve iyileştirmelere katkıda bulunan Bioconductor ekibinden çeşitli kişiler tarafından desteklenen ortak bir çabadır.
Bu web sitesi kullanımı ücretsiz, ve Creative Commons Atıf-GayriTicari-Türetilemez 3.0 Lisansı altında lisanslanmıştır.
Transkripsiyon (Temel)
Transkripsiyon, DNA'daki bilgilerin protein üretimi için haberci RNA'ya (mRNA) kopyalandığı süreçtir. Transkripsiyon, DNA üzerindeki promotör dizisinde bir araya gelen bir faktör demeti ile başlar (kırmızı). Burada, iki transkripsiyon faktörü, promotöre zaten bağlıdır. RNA polimeraz enzimini (mavi renkte) taşıyan diğer proteinler gelir. Transkripsiyonu başlatmak için, bu birleştirilmiş proteinler, geliştirici bölgeler olarak bilinen spesifik DNA dizilerine bağlanan aktivatör proteinlerle temas gerektirir. Temas kurulduktan sonra, RNA polimeraz, geni kopyalamak için DNA boyunca yarışır.
Süre: 1 dakika, 52 saniye
Birazdan göreceğiniz şey, DNA'nın en olağanüstü sırrı ve basit bir kodun nasıl ete ve kana dönüştürüldüğü. Bir genin başlangıcında bir araya gelen bir dizi faktörle başlar. Bir gen, basitçe sola doğru uzanan bir DNA talimatı uzunluğudur. Bir araya getirilen faktörler, proteini yapmak için gerekli olacak bilgileri okuyarak sürecin ilk aşamasını tetikler. Her şey yuvarlanmaya hazır: üç, iki, bir, GO! DNA boyunca yarışan mavi molekül geni okuyor. Çift sarmalın fermuarını açıyor ve iki iplikten birini kopyalıyor. Üstten kıvrılan sarı zincir, genetik mesajın bir kopyasıdır ve DNA'nın RNA adı verilen yakın kimyasal kuzeninden yapılmıştır. RNA'nın bir giriş deliğinden girmesini sağlayan yapı taşları. Genin As, Cs, Ts ve Gs'lerini kopyalamak için - harf harf - DNA ile eşleştirilirler. Tek fark, RNA kopyasında T harfinin "U" olarak bilinen yakından ilişkili bir yapı taşı ile değiştirilmesidir. Transkripsiyon adı verilen bu süreci gerçek zamanlı olarak izliyorsunuz. Şu anda vücudunuzdaki hemen hemen her hücrede oluyor.
rna polimeraz,dna talimatları,haberci rna,merkezi dogma,kimyasal kuzen,emme deliği,genetik mesaj,çift sarmal,transkripsiyon faktörleri,et ve kan,konum kodu,anlatım,yapı taşları,molekül,ipler,protein,animasyon,gerçek zamanlı
Coronavirus genom yapısı ve replikasyonu
SARS koronavirüsüne ek olarak (bu cildin başka bir yerinde ayrı olarak işlenir), koronavirüs ailesinin koronavirüs cinsindeki altı türün tam genom dizileri [kuş enfeksiyöz bronşit virüsü-Beaudette suşu (IBV-Beaudette), sığır koronavirüsü-ENT suşu ( BCoV-ENT), insan koronavirüs-229E suşu (HCoV-229E), murin hepatit virüsü-A59 suşu (MHV-A59), domuz bulaşıcı gastroenterit-Purdue 115 suşu (TGEV-Purdue 115) ve domuz epidemik diyare virüsü-CV777 suşu (PEDV-CV777)] artık rapor edilmiştir. Uzunlukları, HCoV-229E için 27.317 nt ile murin hepatit virüsü-A59 için 31.357 nt arasında değişir ve koronavirüs genomunu RNA virüsleri arasında bilinen en büyük olarak oluşturur. Koronavirüs genomunun temel organizasyonu, proteolitik işleme, genom replikasyonu ve subgenomik mRNA'da yer alan yapısal olmayan proteinlerin olması bakımından Nidovirüs düzeninin diğer üyeleriyle (Torovirüs cinsi, ayrıca Coronaviridae ailesinde ve Arteriviridae ailesinin üyeleriyle) paylaşılır. sentez (transkripsiyon) (koronavirüsler için tahmini 14-16 son ürün), gen 1 üzerindeki genomun 5'-proksimal üçte ikisi içinde kodlanır ve (çoğunlukla) yapısal proteinler, 3'-proksimal üçte bir içinde kodlanır genomun (koronavirüsler için 8-9 gen) Tüm koronavirüslerdeki ana yapısal proteinler için genler 5' ila 3' sırayla S, E, M ve N olarak ortaya çıkar. Koronavirüslerin genom replikasyonu için kullandığı kesin strateji henüz bilinmemektedir, ancak birçok özellik oluşturulmuştur. Bu bölüm, bilinen bazı özelliklere odaklanır ve genom replikasyon stratejisi, genom replikasyonu için gerekli cis-eyleyici elementler [kusurlu enterferans yapan (DI) RNA moleküllerinden anlaşıldığı üzere], otonom replikasyon için minimum dizi gereksinimleri ile ilgili bazı güncel soruları sunar. RNA replikonu ve genom replikasyonunda gen sırasının önemi.
MRNA Teknolojisi Bize İlk COVID-19 Aşılarını Verdi. İlaç Endüstrisini de Yükseltebilir
Emrettiği gibi gözlerinin içine bakıyordum ama karşımdaki doktor bana iğne batırmaya başlayınca başımı çevirmeye başladım. "Şuna bakma," dedi ilk doktor. itaat ettim.
Bu, Pfizer-BioNTech COVID-19 aşısının klinik denemesine katılmak için kaydolduğum New Orleans'ta Ağustos ayının başlarındaydı. Bu kör bir çalışmaydı, yani plaseboyu mu yoksa gerçek aşıyı mı aldığımı bilmemem gerekiyordu. Doktora şırıngaya bakarak gerçekten anlayabilir miyim diye sordum. “Muhtemelen hayır,” diye yanıtladı, “ama dikkatli olmak istiyoruz. Bu doğru almak için çok önemlidir.”
Bir aşı kobay oldum çünkü faydalı olmak istemenin yanı sıra, yeni aşı türlerinin, kanser tedavilerinin ve genlerin kalbinde yer alan genetik materyal olan RNA'nın şu anda oynadığı harika yeni rollere derin bir ilgi duyuyordum. -düzenleme araçları. Berkeley biyokimyacısı Jennifer Doudna hakkında bir kitap yazıyordum. RNA'nın yapısını belirlemede öncüydü ve bu, onun ve doktora danışmanının, bunun bu gezegendeki tüm yaşamın kökeni olabileceğini anlamalarına yardımcı oldu. Sonra o ve bir meslektaşı, 2020 Nobel Kimya Ödülü'nü kazanan RNA güdümlü bir gen düzenleme aracı icat etti.
Araç, bakterilerin virüslerle savaşmak için kullandığı bir sisteme dayanmaktadır. Bakteriler, DNA'larında, tehlikeli virüsleri hatırlayabilen ve ardından onları yok etmek için RNA güdümlü makas kullanan CRISPR'ler olarak bilinen kümelenmiş tekrarlanan diziler geliştirir. Başka bir deyişle, her yeni virüs dalgasıyla savaşmak için kendini adapte edebilen ve tam da biz insanların ihtiyaç duyduğu şeyi karşılayabilen bir bağışıklık sistemidir. Şimdi, yakın zamanda onaylanan Pfizer-BioNTech aşısı ve Moderna'dan benzer bir aşının ABD ve Avrupa'da yavaş yavaş yayılmasıyla birlikte, RNA, yeterli sayıda insana ulaştığında rotayı değiştirecek yepyeni bir aşı türü yapmak için konuşlandırıldı. pandemi.
Geçen yıla kadar aşılar, en azından konsept olarak, iki yüzyıldan fazla bir süredir çok fazla değişmemişti. Çoğu sütçü kızın çiçek hastalığına karşı bağışık olduğunu fark eden İngiliz doktor Edward Jenner tarafından 1796'da yapılan keşif üzerine modellenmiştir. Hepsine inekleri etkileyen, ancak insanlara nispeten zararsız olan bir çiçek hastalığı bulaşmıştı ve Jenner, inek çiçeğinin onlara çiçek hastalığına karşı bağışıklık kazandırdığını tahmin etti. Böylece bir inek çiçeği kabarcığından biraz irin aldı, onu bahçıvanın 8 yaşındaki oğlunun kolunda yaptığı çiziklere sürdü ve sonra (bu, biyoetik panellerinden önceki günlerdeydi) çocuğu çiçek hastalığına maruz bıraktı. Hastalanmadı.
O zamandan önce, hastalara hafif bir vakaya yakalanmaları ve daha sonra bağışıklık kazanmaları umuduyla küçük bir doz gerçek çiçek hastalığı virüsü verilerek aşılar yapıldı. Jenner'ın büyük ilerlemesi, ilgili ancak nispeten zararsız bir virüs kullanmaktı. O zamandan beri aşılar, bir hastayı tehlikeli bir virüsün veya başka bir mikropun güvenli bir kopyasına maruz bırakma fikrine dayanıyordu. Bu, kişinin adaptif bağışıklık sistemini vitese takmak için tasarlanmıştır. Çalıştığında, vücut, gerçek mikrop saldırırsa, bazen yıllarca herhangi bir enfeksiyonu savuşturacak antikorlar üretir.
Bir yaklaşım, virüsün güvenli bir şekilde zayıflatılmış bir versiyonunu enjekte etmektir. Bunlar iyi öğretmenler olabilir çünkü gerçeğe çok benziyorlar. Vücut, onlarla savaşmak için antikorlar üreterek yanıt verir ve bağışıklık ömür boyu sürebilir. Albert Sabin bu yaklaşımı 1950'lerde oral çocuk felci aşısı için kullandı ve şimdi kızamık, kabakulak, kızamıkçık ve su çiçeği hastalığını bu şekilde savuşturuyoruz.
Sabin, zayıflamış bir çocuk felci virüsüne dayalı bir aşı geliştirmeye çalışırken, Jonas Salk daha güvenli bir yaklaşımla başarılı oldu: öldürülmüş veya etkisiz hale getirilmiş bir virüs kullanmak. Bu aşı türü, bir kişinin bağışıklık sistemine canlı virüsle nasıl savaşılacağını öğretebilir, ancak ciddi yan etkilere neden olma olasılığı daha düşüktür. İki Çinli şirket, Sinopharm ve Sinovac, şu anda Çin, BAE ve Endonezya'da sınırlı kullanımda olan COVID-19 aşıları geliştirmek için bu yaklaşımı kullandı.
Başka bir geleneksel yaklaşım, virüsün kabuğundaki proteinlerden biri gibi virüsün bir alt birimini enjekte etmektir. Bağışıklık sistemi daha sonra bunları hatırlayacak ve vücudun gerçek virüsle karşılaştığında hızlı ve sağlam bir yanıt vermesine izin verecektir. Örneğin hepatit B virüsüne karşı aşı bu şekilde çalışır. Virüsün yalnızca bir parçasının kullanılması, bir hastaya enjekte edilmesinin daha güvenli ve üretilmesinin daha kolay olduğu anlamına gelir, ancak genellikle uzun vadeli bağışıklık üretmede o kadar iyi değildir. Maryland merkezli biyoteknoloji Novavax, bu yaklaşımı kullanan bir COVID-19 aşısı için geç aşamada klinik deneylerde bulunuyor ve Rusya'da halihazırda kullanıma sunulan iki aşıdan birinin temeli.
2020'nin veba yılı, bu geleneksel aşıların yerini temelde yeni bir şeyin aldığı zaman olarak hatırlanacak: insan hücrelerine bir gen veya genetik kod parçası veren genetik aşılar. Genetik talimatlar daha sonra hücrelerin, hastanın bağışıklık sistemini uyarmak için hedef virüsün güvenli bileşenlerini kendi başlarına üretmelerine neden olur.
SARS-CoV-2 ve COVID-19'a neden olan virüs için hedef bileşen, virüsün dış zarfını saplayan ve insan hücrelerine sızmasını sağlayan spike proteinidir. Bunu yapmanın bir yöntemi, istenen geni, rekombinant DNA olarak bilinen bir teknik kullanarak, geni insan hücrelerine iletebilen zararsız bir virüse eklemektir. Bir COVID aşısı yapmak için, bir koronavirüs spike proteininin bir kısmını oluşturmak için talimatlar içeren bir gen, soğuk algınlığına neden olabilen bir adenovirüs gibi zayıflamış bir virüsün DNA'sında düzenlenir. Buradaki fikir, yeniden tasarlanmış adenovirüsün, yeni genin hücrelerin bu sivri proteinlerden çok sayıda üretmesine neden olacağı insan hücrelerine girmesidir. Sonuç olarak, kişinin bağışıklık sistemi, gerçek koronavirüs ortaya çıkarsa hızla yanıt vermeye hazır olacaktır.
Bu yaklaşım, Oxford Üniversitesi'nin uygun bir şekilde adlandırılan Jenner Enstitüsü'nde geliştirilen en eski COVID aşı adaylarından birine yol açtı. Oradaki bilim adamları, spike protein genini, şempanzelerde soğuk algınlığına neden olan, ancak insanlarda nispeten zararsız olan bir adenovirüse dönüştürdü.
Oxford'daki baş araştırmacı Sarah Gilbert'tir. Aynı şempanze adenovirüsünü kullanarak Orta Doğu solunum sendromu (MERS) için bir aşı geliştirmeye çalıştı. Bu salgın, aşısı dağıtılmadan önce azaldı, ancak COVID-19 vurduğunda ona bir başlangıç yaptı. Şempanze adenovirüsünün insanlara MERS'in başak proteini genini başarıyla ilettiğini zaten biliyordu. Çinliler, Ocak 2020'de yeni koronavirüsün genetik dizisini yayınlar yayınlamaz, her gün sabah 4'te uyanarak, spike-protein genini şempanze virüsüne dönüştürmeye başladı.
Hepsi biyokimya okuyan 21 yaşındaki üçüzleri, erken testçiler olmak, aşı yaptırmak ve istenen antikorları geliştirip geliştirmediklerini görmek için gönüllü oldu. (Yaptılar.) Mart ayında Montana'daki bir primat merkezinde yürütülen maymunlar üzerinde yapılan denemeler de umut verici sonuçlar verdi.
Vakfın finansmanının çoğunu sağlayan Bill Gates, Oxford'u aşıyı test edebilecek, üretebilecek ve dağıtabilecek büyük bir şirketle takım kurmaya zorladı. Böylece Oxford, İngiliz-İsveç ilaç şirketi AstraZeneca ile bir ortaklık kurdu. Ne yazık ki, bazı katılımcılara verilen yanlış dozlarla klinik denemeler özensiz çıktı ve bu da gecikmelere yol açtı. İngiltere, Aralık ayının sonunda acil kullanım için yetki verdi ve ABD'nin önümüzdeki iki ay içinde bunu yapması bekleniyor.
Johnson & Johnson, spike proteinin bir parçasını yapmak için kodlayan bir geni taşıma mekanizması olarak şempanze yerine insan adenovirüsünü kullanan benzer bir aşıyı test ediyor. Bu, geçmişte umut vaat eden bir yöntemdir, ancak bu adenovirüse zaten maruz kalmış insanların buna karşı bir miktar bağışıklığa sahip olması dezavantajına sahip olabilir. Klinik denemesinden elde edilen sonuçların bu ayın sonunda çıkması bekleniyor.
Buna ek olarak, genetiği değiştirilmiş adenovirüslere dayalı diğer iki aşı şu anda sınırlı dağıtımda: biri CanSino Biologics tarafından yapılan ve Çin'de askeriyede kullanılan ve diğeri Rusya sağlık bakanlığından Sputnik V adlı bir aşı.
Genetik materyali bir insan hücresine sokmanın ve onun, bağışıklık sistemini uyarabilen sivri proteinler gibi tehlikeli bir virüsün bileşenlerini üretmesine neden olmanın başka bir yolu daha var. Bileşenin genini bir adenovirüse dönüştürmek yerine, bileşenin genetik kodunu DNA veya RNA olarak insanlara basitçe enjekte edebilirsiniz.
DNA aşılarıyla başlayalım. 2020'de Inovio Pharmaceuticals ve bir avuç başka şirketteki araştırmacılar, koronavirüs spike proteininin parçalarını kodlayan küçük bir DNA çemberi oluşturdular. Buradaki fikir, bir hücrenin çekirdeğinin içine girebilirse, DNA'nın, bağışıklık sistemini gerçek şeye tepki vermesi için eğitmeye hizmet eden başak protein parçalarının üretimi için talimatları çok verimli bir şekilde üretebileceğiydi.
Bir DNA aşısının karşı karşıya olduğu en büyük zorluk teslimattır. DNA'nın küçük halkasını sadece bir insan hücresine değil, hücrenin çekirdeğine nasıl sokabilirsiniz? Bir hastanın koluna çok fazla DNA aşısı enjekte etmek, DNA'nın bir kısmının hücrelere girmesine neden olur, ancak bu çok verimli değildir.
Inovio da dahil olmak üzere DNA aşılarının geliştiricilerinden bazıları, elektroporasyon adı verilen ve enjeksiyon bölgesinde hastaya elektrik şoku darbeleri veren bir yöntemle insan hücrelerine verilmesini kolaylaştırmaya çalıştı. Bu, hücre zarlarındaki gözenekleri açar ve DNA'nın içeri girmesine izin verir. Elektrikli darbe tabancalarının çok sayıda küçük iğneleri vardır ve bunu görmek sinir bozucudur. Bu tekniğin neden popüler olmadığını anlamak zor değil, özellikle de alan tarafta. Şimdiye kadar, DNA aşılarını insan hücrelerinin çekirdeğine sokmak için kolay ve güvenilir bir dağıtım mekanizması geliştirilmemiştir.
Bu da bizi COVID aşı yarışında galip gelen ve TIME dergisinin Yılın Molekülü: RNA unvanını hak eden moleküle götürüyor. Kardeş DNA'sı daha ünlüdür. Ancak birçok ünlü kardeş gibi DNA da fazla iş yapmaz. Esas olarak hücrelerimizin çekirdeğinde saklanarak kodladığı bilgileri korur. RNA ise aslında dışarı çıkar ve işleri halleder. DNA'mız tarafından kodlanan genler, hücrelerimizin çekirdeğinden protein üretim bölgesine giden RNA parçacıklarına kopyalanır. Orada, bu haberci RNA (mRNA), belirtilen proteinin montajını denetler. Başka bir deyişle, evde oturup bilgi toplamak yerine gerçek ürünler üretiyor.
Cambridge'den Sydney Brenner ve Harvard'dan James Watson da dahil olmak üzere bilim adamları, ilk olarak 1961'de mRNA moleküllerini tanımladı ve izole etti. Ancak, emrimizi yerine getirmek için onları kullanmak zordu, çünkü vücudun bağışıklık sistemi, araştırmacıların tasarladığı ve tanıtmaya çalıştığı mRNA'yı sıklıkla yok etti. vücudun içine. Daha sonra 2005 yılında, Pennsylvania Üniversitesi'nden Katalin Kariko ve Drew Weissman adlı bir çift araştırmacı, vücudun bağışıklık sistemi tarafından saldırıya uğramadan insan hücrelerine girebilmesi için sentetik bir mRNA molekülünün nasıl ince ayar yapılacağını gösterdi.
When the COVID-19 pandemic hit a year ago, two innovative young pharmaceutical companies decided to try to harness this role played by messenger RNA: the German company BioNTech, which formed a partnership with the U.S. company Pfizer and Moderna, based in Cambridge, Mass. Their mission was to engineer messenger RNA carrying the code letters to make part of the coronavirus spike protein&mdasha string that begins CCUCGGCGGGCA … &mdashand to deploy it in human cells.
BioNTech was founded in 2008 by the husband-and-wife team of Ugur Sahin and Ozlem Tureci, who met when they were training to be doctors in Germany in the early 1990s. Both were from Turkish immigrant families, and they shared a passion for medical research, so much so that they spent part of their wedding day working in the lab. They founded BioNTech with the goal of creating therapies that stimulate the immune system to fight cancerous cells. It also soon became a leader in devising medicines that use mRNA in vaccines against viruses.
In January 2020, Sahin read an article in the medical journal Lancet about a new coronavirus in China. After discussing it with his wife over breakfast, he sent an email to the other members of the BioNTech board saying that it was wrong to believe that this virus would come and go as easily as MERS and SARS. “This time it is different,” he told them.
BioNTech launched a crash project to devise a vaccine based on RNA sequences, which Sahin was able to write within days, that would cause human cells to make versions of the coronavirus’s spike protein. Once it looked promising, Sahin called Kathrin Jansen, the head of vaccine research and development at Pfizer. The two companies had been working together since 2018 to develop flu vaccines using mRNA technology, and he asked her whether Pfizer would want to enter a similar partnership for a COVID vaccine. “I was just about to call you and propose the same thing,” Jansen replied. The deal was signed in March.
By then, a similar mRNA vaccine was being developed by Moderna, a much smaller company with only 800 employees. Its chair and co-founder, Noubar Afeyan, a Beirut-born Armenian who immigrated to the U.S., had become fascinated by mRNA in 2010, when he heard a pitch from a group of Harvard and MIT researchers. Together they formed Moderna, which initially focused on using mRNA to try to develop personalized cancer treatments, but soon began experimenting with using the technique to make vaccines against viruses.
In January 2020, Afeyan took one of his daughters to a restaurant near his office in Cambridge to celebrate her birthday. In the middle of the meal, he got an urgent text message from the CEO of his company, Stéphane Bancel, in Switzerland. So he rushed outside in the freezing temperature, forgetting to grab his coat, to call him back.
Bancel said that he wanted to launch a project to use mRNA to attempt a vaccine against the new coronavirus. At that point, Moderna had more than 20 drugs in development but none had even reached the final stage of clinical trials. Nevertheless, Afeyan instantly authorized him to start work. “Don’t worry about the board,” he said. “Just get moving.” Lacking Pfizer’s resources, Moderna had to depend on funding from the U.S. government. Anthony Fauci, head of the National Institute of Allergy and Infectious Diseases, was supportive. “Go for it,” he declared. “Whatever it costs, don’t worry about it.”
It took Bancel and his Moderna team only two days to create the RNA sequences that would produce the spike protein, and 41 days later, it shipped the first box of vials to the National Institutes of Health to begin early trials. Afeyan keeps a picture of that box on his cell phone.
An mRNA vaccine has certain advantages over a DNA vaccine, which has to use a re-engineered virus or other delivery mechanism to make it through the membrane that protects the nucleus of a cell. The RNA does not need to get into the nucleus. It simply needs to be delivered into the more-accessible outer region of cells, the cytoplasm, which is where proteins are constructed.
The Pfizer-BioNTech and Moderna vaccines do so by encapsulating the mRNA in tiny oily capsules, known as lipid nanoparticles. Moderna had been working for 10 years to improve its nanoparticles. This gave it one advantage over Pfizer-BioNTech: its particles were more stable and did not have to be stored at extremely low temperatures.
By November, the results of the Pfizer-BioNTech and Moderna late-stage trials came back with resounding findings: both vaccines were more than 90% effective. A few weeks later, with COVID-19 once again surging throughout much of the world, they received emergency authorization from the U.S. Food and Drug Administration and became the vanguard of the biotech effort to beat back the pandemic.
The ability to code messenger RNA to do our bidding will transform medicine. As with the COVID vaccines, we can instruct mRNA to cause our cells to make antigens&mdashmolecules that stimulate our immune system&mdashthat could protect us against many viruses, bacteria, or other pathogens that cause infectious disease. In addition, mRNA could in the future be used, as BioNTech and Moderna are pioneering, to fight cancer. Harnessing a process called immunotherapy, the mRNA can be coded to produce molecules that will cause the body’s immune system to identify and kill cancer cells.
RNA can also be engineered, as Jennifer Doudna and others discovered, to target genes for editing. Using the CRISPR system adapted from bacteria, RNA can guide scissors-like enzymes to specific sequences of DNA in order to eliminate or edit a gene. This technique has already been used in trials to cure sickle cell anemia. Now it is also being used in the war against COVID. Doudna and others have created RNA-guided enzymes that can directly detect SARS-CoV-2 and eventually could be used to destroy it.
More controversially, CRISPR could be used to create “designer babies” with inheritable genetic changes. In 2018, a young Chinese doctor used CRISPR to engineer twin girls so they did not have the receptor for the virus that causes AIDS. There was an immediate outburst of awe and then shock. The doctor was denounced, and there were calls for an international moratorium on inheritable gene edits. But in the wake of the pandemic, RNA-guided genetic editing to make our species less receptive to viruses may someday begin to seem more acceptable.
Throughout human history, we have been subjected to wave after wave of viral and bacterial plagues. One of the earliest known was the Babylon flu epidemic around 1200 B.C. The plague of Athens in 429 B.C. killed close to 100,000 people, the Antonine plague in the 2nd century killed 5 million, the plague of Justinian in the 6th century killed 50 million, and the Black Death of the 14th century took almost 200 million lives, close to half of Europe’s population.
The COVID-19 pandemic that killed more than 1.8 million people in 2020 will not be the final plague. However, thanks to the new RNA technology, our defenses against most future plagues are likely to be immensely faster and more effective. As new viruses come along, or as the current coronavirus mutates, researchers can quickly recode a vaccine’s mRNA to target the new threats. “It was a bad day for viruses,” Moderna’s chair Afeyan says about the Sunday when he got the first word of his company’s clinical trial results. “There was a sudden shift in the evolutionary balance between what human technology can do and what viruses can do. We may never have a pandemic again.”
The invention of easily reprogrammable RNA vaccines was a lightning-fast triumph of human ingenuity, but it was based on decades of curiosity-driven research into one of the most fundamental aspects of life on planet earth: how genes are transcribed into RNA that tell cells what proteins to assemble. Likewise, CRISPR gene-editing technology came from understanding the way that bacteria use snippets of RNA to guide enzymes to destroy viruses. Great inventions come from understanding basic science. Nature is beautiful that way.
Isaacson, a former editor of TIME, is the author of The Code Breaker: Jennifer Doudna, Gene Editing, and the Future of the Human Race, to be published in March. After the Pfizer vaccine was approved, he opted to remain in the clinical trial and has not yet been “unblinded.”