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Quelle est la signification biologique de trouver des palindromes dans la séquence d'ADN ?


J'ai trouvé une fonction appelée palindromes dans Matlab qui trouve les palindromes à partir de la séquence d'ADN. Maintenant, quelle est l'intention biologique derrière l'incorporation de cette fonction ? Quelle est la signification biologique de trouver le palindrome dans les séquences d'ADN ?


Ma connaissance de la biologie est extrêmement limitée, mais voici ce que je sais des séquences palindromiques :

Les séquences palindromiques sont leurs propres compléments inverses. J'ai vu de nombreux sites de restriction être palindromes. De plus, certains sites de liaison de facteur de transcription sont palindromiques. Le site canonique E-box, par exemple, peut être exprimé comme CANNTG.

De plus, ces palindromes, lorsqu'ils se produisent par paires avec une séquence entre les occurrences, peuvent se doubler et se lier les uns aux autres (lorsque l'ADN est transcrit en ARN, par exemple), ce qui entraînerait la structure de la tige et de la boucle d'ARN.


Les séquences palindromes sont importantes dans la compréhension bioinformatique, elles nous aident à extraire des motifs dans les séquences génomiques. Je vais donner un exemple dans le VIH (application très importante).

Le VIH a une exigence désagréable que le virus doit maintenir la cellule en vie. Il le fait en s'insérant dans le génome de l'hôte. Nous savons par la biologie que couper et coller de l'ADN fonctionne mieux lorsque les séquences à chaque extrémité du site de coupe sont identiques. En fait, nous recherchons généralement des palindromes, des séquences qui se lisent de la même manière en avant et en arrière. On sait que le virus préfère s'intégrer au niveau d'une séquence palindromique.

Par conséquent, nous devrions examiner ces modèles palindromiques pour le VIH. Une fois ces régions trouvées, nous pourrions procéder à un alignement avec des séquences connues du VIH.

Veuillez Google "sites de restriction" pour plus d'informations.


Cette information provient principalement de mes notes de cours bioinfo. Les palindromes ou répétitions inversées dans le génome peuvent aider à

  • Prédire les régions de l'ARN qui sont auto-complémentaires et qui, par conséquent, ont le potentiel de former une structure secondaire.
  • Identification du site de liaison des protéines régulatrices impliquées dans la régulation de la transcription. C'est parce que parfois la protéine de liaison a un couple de monomères qui se lient aux deux séquences (original et inversé) entraînant une interaction plus forte que les cas où un seul monomère se lie.
  • Des répétitions inversées de petite longueur sont également présentes dans certains transposons (bien que je ne sois pas vraiment au courant de leur fonction là-bas).

Je suis également tombé sur une section sur la fonction des répétitions inversées (palindromes) sur Google Books qui traite du sujet plus en détail.


Biotechnologie : principes et processus Questions supplémentaires importantes Type de réponse très courte

Question 1.
Qu'est-ce que le génie génétique?
Réponse:
Ingénierie génétique. C'est une technique pour modifier artificiellement et délibérément l'ADN (les gènes) pour répondre aux besoins humains. On l'appelle aussi technologie de l'ADN recombinant ou épissage de l'ADN. C'est une sorte de biotechnologie.

Question 2.
Définir l'ADN recombinant.
Réponse:
ADN recombinant. Ce sont des molécules d'ADN qui sont formées par des méthodes de recombinaison génétique.

Question 3.
Quel est le rôle de l'endonucléase de restriction ?
Réponse:
Les endonucléases de restriction sont des enzymes spécifiques qui peuvent cliver l'ADN double brin au niveau du site spécifique.

Question 4.
Que sont les BAC et les YAC ? (CBSE 2016)
Réponse:
Les BAC et les YAC sont des chromosomes artificiels de bactéries et de levures efficaces pour le transfert de gènes. Ce sont des vecteurs.

Question 5.
Nommez la bactérie du sol qui contient le gène de production d'endotoxines.
Réponse:
Agrobacterium tumefaciens.

Question 6.
Nommez une technique par laquelle des fragments d'ADN peuvent être séparés. (CBSE Delhi 2008)
Réponse:
Électrophorèse sur gel.

Question 7.
Quel est le principe de l'électrophorèse sur gel ?
Réponse:
Les fragments d'ADN sont chargés négativement de sorte qu'ils se déplacent vers l'anode sous champ électrique à travers la matrice (généralement de l'agarose). Ce gel matriciel agit comme un tamis et les fragments d'ADN se résolvent en fonction de leur taille.

Question 8.
Nommez le composé utilisé pour la coloration de l'ADN à utiliser dans la technologie de recombinaison. Quelle est la couleur d'un tel ADN coloré ?
Réponse:
Le composé utilisé pour la coloration de l'ADN est le bromure d'éthidium. L'ADN coloré devient orange.

Question 9.
Nommez la technique de transfert de gènes sans vecteur direct.
Réponse:
Pistolet à gènes.

Question 10.
Quel est le rôle de « Ori » dans n'importe quel plasmide ?
Réponse:
Le plasmide est un ADN circulaire procaryote qui a une séquence de nucléotides à partir de laquelle la réplication commence. C'est ce qu'on appelle l'origine de réplication.

Le rôle d'Ori est de lancer la réplication. De plus, le nombre de copies d'ADN lié est contrôlé par Ori.

Question 11.
Faites £ normal. coli ont-ils une résistance génétique aux antibiotiques ?
Réponse:
Non.

Question 12.
Quelle est la fonction du TPA ?
Réponse:
Le TPA (activateur tissulaire du plasminogène) dissout les caillots sanguins après une crise cardiaque et un accident vasculaire cérébral.

Question 13.
Donnez un exemple dans lequel la technologie de l'ADN recombinant a fourni un large éventail d'outils pour le diagnostic des maladies.
Réponse:
Construction de sondes, qui sont de courts segments d'ADN simple brin attachés à un marqueur radioactif ou fluorescent.

Question 14.
Donnez la forme complète de la PCR. Qui l'a développé ? (CBSE Delhi 2013)
Réponse:
La PCR est une réaction en chaîne par polymérase. Il a été développé par Kary Mullis en 1985.

Question 15.
Quelle est la source de l'ADN polymérase, c'est-à-dire la Taq polymérase ? (CBSE en dehors de Delhi 2013)
Réponse:
La Taq polymérase est isolée de la bactérie Thermus Aquaticus.

Question 16.
Définir « fusion de l'ADN cible ».
Réponse:
L'ADN cible contenant la séquence à amplifier est dénaturé thermiquement (autour de 94°C pendant 15 secondes) pour séparer ses brins complémentaires. Ce processus est appelé fusion de l'ADN cible.

Question 17.
Développez ELISA. Écrivez une application. (CBSE Delhi 2013)
Réponse:
Essai ELISA-Enzyme Linked ImmunoSorbent. Importance-Il est utilisé pour le diagnostic du SIDA.

Question 18.
Que sont les animaux transgéniques ? Donnez un exemple. (CBSE en dehors de Delhi 2016)
Réponse:
Animaux transgéniques : Les animaux obtenus par génie génétique contenant des transgènes sont appelés animaux transgéniques.
Exemple. Vache transgénique ‘Rosie’.

Question 19.
Combien de cycles de PCR sont adéquats pour une amplification correcte du segment d'ADN ?
Réponse:
20-30 cycles.

Question 20.
Définir la thérapie génique.
Réponse:
Thérapie génique : C'est le remplacement d'un gène défectueux par un gène fonctionnel sain normal.

Question 21.
Quelle est l'importance de la banque de gènes?
Réponse:
Il fournit un stock à partir duquel des gènes peuvent être obtenus pour l'amélioration des variétés ou utilisés en génie génétique.

Question 22.
Quelle peut être la source de l'ADN thermostable ?
Réponse:
L'ADN thermostable est obtenu à partir d'une bactérie Thermus Aquaticus.

Question 23.
Que sont les marqueurs sélectionnables ?
Réponse:
Les gènes capables de sélectionner une cellule transformée à partir de cellules non recombinantes sont appelés marqueurs sélectionnables.

Question 24.
Pourquoi l'enzyme cellulase est-elle utilisée pour isoler le matériel génétique des cellules végétales et non des cellules animales ? (CBSE 2010)
Réponse:
La cellulase est utilisée pour briser la paroi cellulaire des cellules végétales alors que les cellules animales n'ont pas de paroi cellulaire. La paroi cellulaire est constituée de cellulose qui peut être décomposée par la cellulase.

Question 25.
Donnez un exemple de plante transgénique et d'animal transgénique.
Réponse:

Question 26.
Quelle serait la concentration molaire d'ADN humain dans une cellule humaine ?
Réponse:
Les humains ont 3 M d'ADN par cellule, c'est-à-dire que la concentration molaire est de 3.

Question 27.
Les cellules eucaryotes ont-elles des endonucléases de restriction ?
Réponse:
Oui, les cellules eucaryotes possèdent des endonucléases de restriction. Ils sont impliqués dans l'édition (relecture) et les réparations de l'ADN lors de la réplication de l'ADN.

Question 28.
Nommez une technique par laquelle des fragments d'ADN peuvent être séparés. (CBSE Delhi 2008)
Réponse:
Obtenez l'électrophorèse.

Question 29.
Les techniques biotechnologiques peuvent aider à diagnostiquer l'agent pathogène bien avant que les symptômes de la maladie n'apparaissent chez le patient. Suggérez deux de ces techniques. (CBSE en dehors de Delhi 2019)
Réponse:
PCR – Réaction en chaîne par polymérase
ELISA – Test immuno-enzymatique

Question 30.
Pourquoi n'est-il pas possible pour un ADN étranger de faire partie d'un chromosome n'importe où sur sa longueur et de se répliquer ? (CBSE 2014)
Réponse:
Pour la multiplication de tout ADN étranger, il doit faire partie d'un chromosome qui a une séquence spécifique connue sous le nom d'origine de réplication.

Question 31.
Mentionnez le type de cellules hôtes adaptées aux canons à gènes pour introduire un ADN étranger. (CBSE Delhi 2014)
Réponse:
Cellules végétales.

Question 32.
Nommez les enzymes qui sont utilisées pour isoler l'ADN des cellules bactériennes et fongiques pour la technologie de l'ADNr. (CBSE 2014)
Réponse:
Lysozyme pour la cellule bactérienne et chitinase pour la cellule fongique.

Question 33.
Qu'est-ce qu'EcoRI ? En quoi EcoRI diffère-t-il d'une exonucléase ? (CBSE en dehors de Delhi 2015)
Réponse:
EcoRI est une enzyme de restriction d'endonucléase qui coupe à la fois les peuplements d'ADN palindromique à une position spécifique de la base azotée 5 & 8242 (GAATTC) 3 & 8242 tandis que l'exonucléase élimine les nucléotides des extrémités des brins d'ADN.

Biotechnologie : Principes et processus Questions supplémentaires importantes Type de réponse courte

Question 1.
(i) Lors du clonage des vecteurs, lequel des deux sera préféré par les biotechnologues, les bactériophages ou les plasmides. Justifier avec raison.
Réponse:
Les biotechnologistes préfèrent les bactériophages pour le clonage aux plasmides car ils ont un nombre très élevé de copies de leur génome dans les cellules bactériennes, alors que certains plasmides peuvent n'avoir qu'une ou deux copies par cellule et d'autres peuvent avoir 15 à 100 copies par cellule. Les vecteurs phagiques sont plus efficaces que les plasmides pour cloner de gros fragments d'ADN.

(ii) Nommez la première vache transgénique développée et indiquez l'amélioration de la qualité du produit qu'elle produit. (Exemple de document CBSE 2018-19)
Réponse:
La vache transgénique Rosie a produit du lait enrichi en protéines humaines (2,4 grammes par litre).

Question 2.
Quelles sont les deux techniques fondamentales qui ont permis la naissance de la biotechnologie ?
Réponse:
Les deux techniques de base qui ont permis la naissance de la biotechnologie moderne sont :

  1. Techniques de génie génétique pour modifier la chimie du matériel génétique (ADN et ARN), pour les introduire dans des organismes hôtes et ainsi modifier le phénotype de l'organisme hôte.
  2. Maintien d'une ambiance stérile (sans contamination microbienne) dans les processus de génie chimique pour permettre la croissance uniquement du microbe/cellule eucaryote souhaité en grandes quantités pour la fabrication de produits biotechnologiques comme des antibiotiques, des vaccins, des enzymes, etc.

Question 3.
Faites une liste des outils de la technologie de l'ADN recombinant. (CBSE Delhi, 2011)
Réponse:
Principaux outils de la technologie de l'ADN recombinant :

  1. Les enzymes de restriction
  2. Enzymes polymérases
  3. Ligas
  4. Vecteurs
  5. Organisme hôte.

Question 4.
Que signifie EcoRI ? Comment son nom est-il dérivé ?
Réponse:
EcoRI signifie le nom d'endonucléase de restriction :

  1. La première lettre majuscule du nom qui vient du genre Escherichia est « E ».
  2. Deuxièmement, les deux lettres minuscules proviennent de l'espèce Coli des cellules procaryotes dont elles sont isolées, c'est-à-dire « co ».
  3. La lettre R est dérivée du nom de la souche, c'est-à-dire Escherichia coli Ry 13.
  4. Le nombre romain indique l'ordre dans lequel les enzymes ont été isolées de cette souche de bactéries.

Question 5.
Que sont les séquences de reconnaissance ou les sites de reconnaissance ?
Réponse:
Les sites reconnus par les endonucléases de restriction sont appelés sites de reconnaissance. Les séquences de reconnaissance sont différentes et spécifiques des différentes endonucléases de restriction. Ces séquences sont de nature palindromique.

Question 6.
Définir le vecteur. Donner les propriétés d'un « Bon Vecteur ».
Réponse:
Un vecteur est une molécule d'ADN qui a la capacité de se répliquer dans une cellule hôte appropriée, et dans laquelle le fragment d'ADN à cloner est intégré pour le clonage.

Un bon vecteur doit avoir les propriétés suivantes :

  • Il doit avoir une origine de réplication pour pouvoir se répliquer de manière autonome.
  • Il doit être facile à isoler et à purifier.
  • Il devrait être facilement introduit dans les cellules hôtes.

Question 7.
Quelle est la différence entre le clonage et les vecteurs d'expression ?
Réponse:
Tous les vecteurs qui sont utilisés pour la propagation d'inserts d'ADN dans un hôte approprié sont appelés vecteurs de clonage. Lorsqu'un vecteur est conçu pour l'expression, c'est-à-dire la production de la protéine spécifiée par l'insert d'ADN, il est appelé vecteur d'expression.

Question 8.
Qu'entendez-vous par le terme marqueur sélectionnable ?
Réponse:
Marqueur sélectionnable :

  1. Un marqueur est un gène qui aide à sélectionner les cellules hôtes qui contiennent le vecteur (transformant) et à éliminer les non-transformants. Il permet sélectivement la croissance de transformants.
  2. Les marqueurs sélectionnables courants pour E. coli comprennent les gènes codant pour la résistance aux antibiotiques tels que l'ampicilline. chloramphénicol tétracycline et kanamycine ou le gène de la (i-galactosidase qui peut être identifié par une réaction colorée. Les E.Coli normaux ne présentent pas de résistance contre aucun de ces anticorps.

Question 9.
Expliquez le principe qui aide à la séparation des fragments d'ADN en électrophorèse sur gel. (CBSE Delhi 2009 C)
Réponse:
Get électrophorèse est une technique de molécules telles que ADN/ARN/protéine sur la base de leur taille sous l'influence du champ électrique afin qu'elles migrent en direction d'électrode portant la charge opposée. Les molécules chargées positivement se déplacent vers la cathode (électrode -ve) et vice versa. Ces molécules se déplacent dans un milieu ou une matrice et peuvent être séparées en fonction de leur taille.

Question 10.
Donnez les applications de la technologie PCR. (CBSE, Delhi 2013)
Réponse:

  1. Amplification de l'ADN et de l'ARN.
  2. Détermination de l'orientation et de la localisation des fragments de restriction les uns par rapport aux autres.
  3. Détection de maladies génétiques telles que la drépanocytose, la phénylcétonurie et la dystrophie musculaire.

Question 11.
Pourquoi la « transformation génétique médiée par les agrobactéries » chez les plantes est-elle décrite comme un ingénieur génétique naturel des plantes ? (CBSE Delhi 2011)
Réponse:
Agrobacterium tumefaciens est une bactérie phytopathogène qui peut transférer une partie de son ADN plasmidique car elle infecte les plantes hôtes. Agrobacterium produit la galle du collet dans la plupart des plantes dicotylédones. Ces bactéries contiennent de grandes tumeurs induisant des plasmides (plasmides Ti) qui transmettent leur gène provoquant des tumeurs dans le génome de la plante hôte. Ainsi, le transfert de gènes se produit dans la nature sans intervention humaine, d'où la transformation génétique médiée par Agrobacterium est décrite comme le génie génétique naturel dans les plantes.

Question 12.
Différencier thérapie génique et clonage génique.
Réponse:
Différences entre la thérapie génique et le clonage de gènes :

Thérapie génique Clonage de gènes
C'est le remplacement et/ou l'altération de gènes défectueux responsables de maladies héréditaires par des gènes normaux. C'est la technique d'obtention de copies identiques d'un segment particulier d'ADN ou d'un gène.

Question 13.
D'après ce que vous avez appris, pouvez-vous dire si les enzymes sont plus grosses ou si l'ADN est plus gros en taille moléculaire ? Comment saviez-vous?
Réponse:
Les molécules d'ADN sont de plus grande taille par rapport à la taille moléculaire des enzymes. Les enzymes sont des protéines. La synthèse des protéines se produit à partir d'une petite partie de l'ADN appelée gènes.

Question 14.
Comment fonctionne l'endonucléase de restriction ? (CBSE Delhi 2013, 2014, Hors Delhi 2019)
Ou
Que sont les ciseaux moléculaires ? Expliquez leur rôle. (CBSE 2009)
Réponse:
Les enzymes endonucléases de restriction sont appelées ciseaux moléculaires qui peuvent couper l'ADN double brin à des sites spécifiques.

Rôle de l'endonucléase de restriction :

  • L'endonucléase de restriction inspecte la longueur de la séquence d'ADN.
  • Il trouve une séquence de reconnaissance spécifique, c'est-à-dire une séquence de nucléotides palindromique dans l'ADN.
  • Ces enzymes coupent un peu le brin d'ADN du centre des sites palindromiques.
  • Ainsi, les endonucléases de restriction laissent des tronçons en surplomb appelés extrémités collantes sur chaque brin.

Question 15.
Comment et pourquoi la bactérie Thermus Aquaticus est-elle utilisée dans la technologie de l'ADN recombinant ? Expliquer. (CBSE Delhi 2009)
Réponse:
La bactérie Thermus Aquaticus est utilisée dans la technologie de l'ADN recombinant car elle possède une ADN polymérase thermostable (Taq. Polymérase) qui reste active pendant la dénaturation induite à haute température d'une étape de PCR.

Cette enzyme est employée lors de l'amplification du gène par PCR (Polymerase Chain Reaction). Le fragment amplifié peut être utilisé pour ligaturer avec un vecteur pour un clonage ultérieur.

Question 16.
Nommez la source de la Taq polymérase. Expliquez ses avantages. (CBSE en dehors de Delhi 2009)
Réponse:
La Taq Polymerase est extraite de bactéries Thermostables, à savoir Thermus Aquaticus. Il reste actif à une température plus élevée et est utilisé pour la dénaturation de l'ADN lors de la PCR.

Question 17.
Que sont les protéines recombinantes ? Comment les bioréacteurs contribuent-ils à leur production ? (CBSE Hors Delhi 2009, 2015)
Réponse:
Protéines recombinantes. Lorsqu'un gène codant pour une protéine est exprimé dans un hôte hétérologue, il est appelé protéine recombinante. Les bioréacteurs aident à la production de protéines recombinantes à grande échelle. Un bioréacteur fournit des conditions optimales pour obtenir la protéine recombinante souhaitée par des méthodes biologiques.

Question 18.
Qu'entend-on par clonage de gènes ?
Réponse:
La formation de plusieurs copies d'un gène particulier est appelée clonage de gène. Un gène est séparé et ligaturé à un plasmide de type vecteur. Le plasmide recombinant est introduit dans une bactérie sans plasmide par transformation. La bactérie transformée est amenée à se multiplier et à former une colonie. Chaque bactérie de la colonie possède une copie du gène.

Question 19.
Le marqueur du vin et un biologiste moléculaire qui a développé un vaccin recombinant prétendent être biotechnologues. Qui à votre avis a raison ?
Réponse:
Tous deux sont considérés comme des biotechnologues. Le marqueur de vin utilise une souche de levure qui produit du vin par fermentation. Le biologiste moléculaire utilise un gène cloné pour l'antigène. L'antigène est utilisé comme vaccin. Cela permet la formation d'antigènes en grande quantité. Tous deux génèrent des produits et des services à l'aide d'organismes vivants utiles à l'humanité.

Question 20.
Vous avez créé une molécule d'ADN recombinant en ligaturant un gène à un vecteur plasmidique. Par erreur, votre ami ajoute une enzyme exonucléase dans le tube contenant l'ADN recombinant. Comment votre expérience sera-t-elle affectée alors que vous prévoyez de passer à la transformation maintenant ?
Réponse:
L'expérience n'est pas susceptible d'être affectée car la molécule d'ADN recombinant est circulaire et fermée, sans extrémités libres. Par conséquent, ce ne sera pas un substrat pour l'enzyme exonucléase qui élimine les nucléotides des extrémités libres de l'ADN.

Question 21.
Expliquez le travail effectué par Cohen et Boyer qui a énormément contribué à la biotechnologie. (CBSE2012)
Réponse:
Oeuvre de Cohen et Boyer :

  1. Découverte de l'endonucléase de restriction, une enzyme d'E.coli qui coupe l'ADN au niveau de la séquence palindromique.
  2. Préparation d'ADN recombinant (plasmide et ADN d'intérêt.)
  3. Leurs travaux ont établi la technologie de l'ADN recombinant (ADNr), également appelée génie génétique.

Question 22.
Comment se forment les « extrémités collantes » sur un brin d'ADN ? Pourquoi ces soi-disant? (CBSE Delhi 2014)
Réponse:
1. Les enzymes de restriction coupent le brin d'ADN un peu à l'écart du centre du site palindrome, mais entre les deux mêmes bases sur les brins opposés. En conséquence, des portions simple brin sont laissées à chaque extrémité. Ces étendues d'ADN en surplomb sont appelées « extrémités collantes ».

2. Les extrémités collantes sont nommées ainsi car elles forment des liaisons hydrogène avec leurs homologues coupés complémentaires. Le caractère collant aide à l'action de l'ADN ligase.

Question 23.
Comment un système de culture continue est-il maintenu dans des bioréacteurs et pourquoi ? (CBSE Delhi 2019)
Réponse:
Afin de maintenir un système de culture en continu, le milieu utilisé est drainé d'un côté du bioréacteur et le milieu frais est ajouté d'un côté. Ce type de méthode de culture produit une biomasse plus importante conduisant à des rendements plus élevés du produit souhaité.

Question 24.
L'enzyme galactosidase est considérée comme un meilleur marqueur sélectionnable. Justifier l'énoncé. (CBSE Delhi 2019)
Réponse:
Les souches recombinantes peuvent être facilement différenciées des souches non recombinantes en utilisant ce marqueur sélectionnable. La sélection se fait sur la base du changement de couleur. Tous sont cultivés sur une substance chromogène. Les non-recombinants passeront de l'incolore au bleu tandis que chez les recombinants, l'inactivation par insertion du gène de la galactosidase se produit.

Par conséquent, les recombinants n'ont montré aucun changement de couleur. Il s'agit d'une seule étape, une méthode facile pour la sélection.

Biotechnologie : Principes et processus Questions supplémentaires importantes Type de réponse longue

Question 1.
Qu'est-ce que le génie génétique? Expliquez brièvement les différentes étapes communes à toutes les technologies du génie génétique.
Ou
A l'aide de schémas, montrez les différentes étapes de la formation d'ADN recombinant par l'action d'endonucléases de restriction. (CBSE 2011)
Réponse:
Génie génétique : C'est une technique pour modifier artificiellement et délibérément l'ADN (gènes) pour répondre aux besoins humains. On l'appelle aussi technologie de l'ADN recombinant ou épissage de l'ADN.

C'est une sorte de biotechnologie :

  1. Isolement du matériel génétique qui a le gène d'intérêt.
  2. Coupure du gène d'intérêt du génome et du vecteur avec la même enzyme endonucléase de restriction. Gène d'intérêt amplificateur (PCR).
  3. Gène d'intérêt et vecteur de ligature utilisant l'ADN ligase formant l'ADNr.
  4. Transformation de l'ADNr dans la cellule hôte.
  5. Multiplier la cellule hôte pour créer des clones.


Diagramme montrant les différentes étapes impliquées dans la technologie de recombinaison de l'ADN pour la production d'une protéine recombinée.

Question 2.
Énumérez trois caractéristiques importantes nécessaires à la préparation d'un organisme génétiquement modifié.
Réponse:
Conditions nécessaires à la préparation :

  1. Identification de l'ADN avec les gènes désirables.
  2. Introduction de l'ADN identifié dans l'hôte.
  3. Maintien de l'ADN introduit dans l'hôte et transfert de l'ADN à sa descendance.

Question 3.
Comment les enzymes endonucléases de restriction sont-elles nommées ? Écrivez des exemples. (CBSE 2014
Réponse:
La dénomination des enzymes de restriction est la suivante :

  1. La première lettre du nom vient du genre et les deux lettres suivantes du nom de l'espèce de la cellule procaryote à partir de laquelle elles sont isolées.
  2. La lettre suivante vient de la souche du procaryote.
  3. Les chiffres romains suivant ces quatre lettres indiquent l'ordre dans lequel les enzymes ont été isolées de cette souche de la bactérie.
  1. EcoR I est isolé d'Escherichia coli RY 13.
  2. Hind II provient d'Haemophilus influenza.
  3. Bam H I est de Bacillus amylotiquefaciens.
  4. Sal I est de Streptomyces Albus
  5. Pst I vient de Providencia stuartii.

Question 4.
Expliquez trois méthodes de transfert de gènes sans vecteur. (CBSE en dehors de Delhi 2013)
Réponse:
Vecteurs de transfert de gènes. Voici des méthodes courantes de transfert de gènes de vecteurs.

  1. Microinjection : La microinjection est le processus/technique d'introduction de gènes étrangers dans une cellule hôte en injectant l'ADN directement dans le noyau à l'aide d'une micro-aiguille ou d'une micropipette.
  2. Electroporation: L'électroporation est le processus par lequel des trous transitoires sont produits dans la membrane plasmique de la cellule (hôte) pour faciliter l'entrée d'ADN étranger.
  3. Gene Gun: Gene gun est la technique de bombardement de microprojectiles (particules d'or ou de tungstène) recouverts d'ADN étranger à grande vitesse dans la cellule cible.

Question 5.
Écrivez une note sur le vecteur de clonage.
Réponse:
Vecteurs de clonage :

  1. Les plasmides et les bactériophages sont les vecteurs couramment utilisés
  2. Actuellement, des vecteurs génétiquement modifiés/synthétiques sont également utilisés pour lier facilement l'ADN étranger et sélectionner des recombinants à partir de non-recombinants.
  3. Les fonctionnalités suivantes sont requises pour faciliter le clonage dans un vecteur :
    (a) Origine de réplication (Ori)
    (b) Marqueur sélectionnable
    (c) Site de clonage (reconnaissance)
    (d) Petite taille du vecteur.

Question 6.
Qu'est-ce que la PCR ? Énumérez les trois étapes principales. Montrez les étapes avec un croquis schématique.
Réponse:

  1. PCR. Réaction en chaîne par polymérase.
  2. Trois étapes de la PCR.
    (a) Dénaturation
    (b) Recuit d'amorce et
    (c) Extension des amorces.


Les trois étapes de la PCR

Question 7.
Nommez les différents vecteurs de clonage et expliquez comment un plasmide peut être utilisé pour le génie génétique.
Réponse:
Vecteurs de clonage :

  • Plasmides
  • Bactériophages
  • Vecteurs végétaux et animaux
  • Gènes sauteurs (transposons)
  • Chromosomes artificiels de bactéries, levures et mammifères (BAC, YAC).

Utilisation de plasmides comme matériel génétique Les plasmides sont obtenus à partir de bactéries. Ils sont traités avec une enzyme endonucléase de restriction pour obtenir les fragments du génome souhaité. Ils sont autorisés à fusionner à l'aide d'une enzyme ADN ligase. Les plasmides recombinants ainsi formés sont utilisés comme matériel génétique.

Question 8.
Donnez divers moyens par lesquels un hôte compétent est formé pour la technologie de l'ADN recombinant. Pourquoi et comment rendre les bactéries « compétentes » ? (CBSE Delhi 2013)
Réponse:
Une cellule hôte doit être suffisamment compétente pour prendre la molécule d'ADN pour la transformation car les méthodes suivantes peuvent être utilisées.

  1. Utilisation de cations divalents : Les bactéries sont traitées avec du Ca 2+ , etc. de sorte que l'ADN pénètre dans la bactérie par les pores de sa paroi cellulaire.
  2. Choc thermique : Les cellules peuvent être incubées sur de la glace puis à 42°C pour un choc thermique puis remises sur glace.
  3. Microinjection : L'ADN recombinant est directement injecté dans le noyau d'une cellule animale.
  4. Biolistique. Les cellules bombardées de microparticules à grande vitesse d'or ou de tungstène recouvertes d'ADN sont connues sous le nom de canon à gènes.

Question 9.
Comment l'ADN recombinant est-il transféré à l'hôte ?
Réponse:
Transfert d'ADN recombinant dans l'hôte :

  1. Les cellules bactériennes doivent être rendues compétentes pour absorber l'ADN. Cela se fait en les traitant avec une concentration spécifique de calcium, ce qui augmente l'efficacité avec laquelle l'ADN pénètre dans la cellule à travers les pores de sa paroi cellulaire.
  2. L'ADN recombinant peut ensuite être forcé dans de telles cellules en incubant les cellules avec de l'ADN recombinant sur de la glace puis en les plaçant à 42°C puis en les remettant sur la glace (traitement de choc thermique),
  3. La microinjection est une méthode dans laquelle l'ADN recombinant est directement injecté dans le noyau de la cellule animale à l'aide de microaiguilles ou de micropipettes.
  4. Le canon à gènes ou biolistique est une méthode adaptée aux cellules végétales, où les cellules sont bombardées de microparticules à grande vitesse d'or ou de tungstène recouvertes d'ADN.
  5. Les agents pathogènes désarmés sont utilisés comme vecteurs lorsqu'ils sont autorisés à infecter la cellule, ils transfèrent l'ADN recombinant dans l'hôte.

Question 10.
Pourquoi l'ADN ne peut pas traverser la membrane cellulaire ? Comment rendre les bactéries compétentes pour capter un plasmide ? Expliquer une méthode d'introduction d'ADN étranger dans une cellule hôte végétale. Nommez un agent pathogène utilisé comme vecteur désarmé. (CBSE en dehors de Delhi 2019)
Réponse:
L'ADN est une molécule hydrophile, il ne peut donc pas traverser la membrane cellulaire.

Les cellules bactériennes sont rendues « compétentes » en les traitant avec une concentration spécifique de cation divalent tel que le calcium afin d'absorber le plasmide. Le cation divalent augmente l'efficacité avec laquelle l'ADN pénètre dans la bactérie à travers les pores de la paroi cellulaire.

Procédure : L'ADN recombinant est forcé dans des cellules hôtes bactériennes « compétentes » en les incubant sur la glace. Il est ensuite placé brièvement à 42°C. C'est ce qu'on appelle le traitement de « stock de chaleur ». Encore une fois, ils sont remis sur la glace. Ce processus permet aux bactéries d'absorber l'ADN recombinant.

Le canon à gènes ou la méthode biolistique est utilisé pour l'introduction d'ADN étranger dans une cellule hôte végétale. Ici, les cellules végétales sont bombardées de microparticules d'or ou de tungstène à haute vitesse recouvertes d'ADN. Agrobacterium tumefaciens ou Retroviruses peuvent être utilisés comme vecteur désarmé.

Question 11.
Écrivez une note sur les vecteurs utilisés pendant la technologie de l'ADN recombinant. (CBSE Delhi 2008)
Réponse:
Un vecteur ou un ADN véhicule est utilisé comme support pour transférer l'ADN sélectionné dans des cellules. Un plasmide avec son petit ADN provenant d'une bactérie est un bon choix pour le transfert indirect de gènes car il peut se déplacer d'une cellule à une autre et faire plusieurs copies de lui-même. Cependant, les chromosomes artificiels de bactéries et de levures appelés respectivement BAC et YAC sont plus efficaces pour les transferts de gènes eucaryotes.

Chromosome artificiel de plasmide et de levure

Question 12.
(i) Identifiez les illustrations A et B dans les éléments suivants :
(une)
(b)
Réponse:
A= 5′ GAATTC 3′
Marques B pour ORI (origine de réplication).

(ii) Écrivez le terme donné à A et C et pourquoi ?
Réponse:
A représente une séquence palindromique de nucléotides. Extrémité C-collante.

(iii) Développer la PCR. Mentionnez son importance en biotechnologie. (CBSE Delhi 2011)
Réponse:
PCR, réaction en chaîne par polymérase. Il aide à l'amplification des gènes.

Question 13.
Écrivez le rôle des sites suivants dans le vecteur de clonage pBR322 :
(a) raccrocher
Réponse:
Rôle de rop, ori et marqueur sélectionnable dans le vecteur de clonage pBR322.

Rôle de rop : Le gène Rop régule le nombre de copies. Le processus Rop est impliqué dans la stabilisation de l'interaction entre l'ARN I et l'ARN II qui à son tour empêche la réplication de pBR322.

(b) ou
Réponse:
Origine de réplication (Ori) :

  • C'est une séquence spécifique de bases d'ADN, qui est responsable de l'initiation de la réplication.
  • Un ADN étranger pour la réplication doit être lié à l'origine de réplication.
  • Un ADN procaryote a normalement une seule origine de réplication, tandis qu'un ADN eucaryote peut avoir plus d'une origine de réplication.
  • La séquence est responsable du contrôle du nombre de copies de l'ADN lié.

(c) marqueur sélectionnable (CBSE Delhi 2019 C)
Réponse:
Marqueur sélectionnable :

  • Un marqueur est un gène qui aide à sélectionner les cellules hôtes qui contiennent le vecteur (transformant) et à éliminer les non-transformants.
  • Les marqueurs sélectionnables courants pour E. coli comprennent les gènes codant pour la résistance aux antibiotiques tels que l'ampicilline. Le chloramphénicol, la tétracycline et la kanamycine ou le gène de la B-galactosidase peuvent être identifiés par une réaction colorée.

Question 14.
(i) Expliquez l'importance de la séquence nucléotidique palindromique dans la formation de l'ADN recombinant.
Réponse:
Les séquences palindromiques, c'est-à-dire la séquence de paires de bases, se lisent de la même manière sur les deux brins d'ADN lorsque l'orientation de lecture est maintenue la même, par ex.
5' — CAATT — 3'
3’ — CTTAAG — 5’

Chaque endonucléase inspecte la séquence d'ADN entière pour la séquence de reconnaissance palindromique.

(ii) Écrivez l'utilisation de l'endonucléase de restriction dans le processus ci-dessus. (CBSE 2017)
Réponse:
En trouvant le palindrome, l'endonucléase se lie à l'ADN. Il coupe les brins opposés de l'ADN, mais entre les mêmes bases sur les deux brins et forme des extrémités collantes. Ces extrémités collantes facilitent l'action de l'enzyme ADN ligase et aident à la formation d'ADN de recombinaison.

Question 15.
Décrire les rôles de la chaleur, des amorces et de la bactérie Thermus Aquaticus dans le processus de PCR. (CBSE 2017)
Réponse:
Rôle de la chaleur : la chaleur contribue au processus de dénaturation en PCR. L'ADN double brin est chauffé dans ce processus à très haute température (95°C) de sorte que les deux brins se séparent.

Rôle des amorces : Les amorces sont de petits oligonucléotides synthétisés chimiquement d'environ 10 à 18 nucléotides. Ceux-ci sont complémentaires à une région d'ADN matrice et aident à l'extension de la nouvelle chaîne. Rote de Bactérie Thermus

Aquaticus : Une ADN polymérase Taq thermostable est isolée de cette bactérie, qui peut tolérer des températures élevées et forme un nouveau brin.

Question 16.
Comment l'utilisation d'Agrobacterium comme vecteur a-t-elle aidé à contrôler l'infestation par Meloidogyne incognita dans les plants de tabac ? Expliquez dans le bon ordre. (CBSE 2018, hors de Delhi 2019)
Ou
(a) Écrivez le mécanisme qui permet à Agrobacterium tumefaciens de développer des tumeurs dans leur plante dicotylédone hôte.
(b) Expliquez comment Agrobacterium tumefaciens et certains rétrovirus ont été modifiés en tant que vecteurs de clonage utiles. (CBSE Delhi 2019 C)
Réponse:
(a) Clonage
(b) Un nématode Meloidogyne incognita infecte les racines des plants de tabac et provoque une forte réduction du rendement.

Pour prévenir cette infestation, une nouvelle stratégie a été adoptée, basée sur le processus d'interférence ARN (ARNi).

Des gènes spécifiques aux nématodes ont été introduits dans les plantes hôtes à l'aide de vecteurs Agrobacterium. L'introduction d'ADN était telle qu'elle produisait à la fois de l'ARN sens et anti-sens dans les cellules hôtes. Ces deux ARN, étant complémentaires l'un de l'autre, ont formé un ARN double brin (ARNdb) qui a initié l'ARNi et a ainsi fait taire l'ARNm spécifique du nématode. Pour cette raison, le parasite ne pouvait pas survivre dans un hôte transgénique en exprimant un ARN interférent spécifique. La plante transgénique s'est donc protégée du parasite.

Question 17.
Expliquez les rôles des éléments suivants à l'aide d'un exemple chacun dans la technologie de l'ADN recombinant :
(i) Enzymes de restriction
Réponse:
Les enzymes de restriction :
(a) Les enzymes de restriction appartiennent à la classe d'enzymes nucléases qui casse les acides nucléiques en clivant leurs liaisons phosphodiester.
(b) Étant donné que les endonucléases de restriction coupent l'ADN à un site de reconnaissance spécifique, elles sont utilisées pour couper l'ADN du donneur afin d'isoler le gène souhaité.
(c) Le gène souhaité a des extrémités cohésives qui peuvent être facilement ligaturées au vecteur de clonage coupé par les mêmes enzymes de restriction ayant des extrémités cohésives complémentaires pour former un ADN recombinant.
(d) Un exemple est EcoRI qui est obtenu à partir de la souche « R » de la bactérie E. coli qui coupe l'ADN au niveau d'un site de reconnaissance palindromique spécifique.
5' GAATTC 3'
3' CTTAAG 5'

(ii) Plasmides (CBSE 2018)
Réponse:
Plasmides: Les plasmides sont un ADN double brin circulaire extrachromosomique autonome de bactéries. Ils sont utilisés comme vecteurs de clonage en génie génétique car ils sont petits et auto-réplicables. Certains plasmides ont des gènes de résistance aux antibiotiques qui peuvent être utilisés comme gènes marqueurs pour identifier des plasmides recombinants à partir de plasmides non recombinants.

Pour obtenir les produits souhaités, les plasmides sont coupés et ligaturés avec les gènes souhaités et transformés dans une cellule hôte pour amplification. Un exemple de plasmides modifiés artificiellement est pBR322 (construit par Bolivar et Rodriguez) ou pUC (construit à l'Université de Californie).

Question 18.
Lorsque le produit du gène est requis en grande quantité, les bactéries transformées avec le plasmide à l'intérieur des bactéries sont cultivées à grande échelle dans un fermenteur industriel qui synthétise ensuite la protéine souhaitée. Ce produit est extrait du fermenteur pour un usage commercial.
(a) Pourquoi le milieu utilisé est-il drainé d'un côté tandis que le milieu frais est ajouté de l'autre ? Expliquer.
Réponse:
Dans le bioréacteur, le milieu utilisé est drainé et le milieu frais est ajouté pour maintenir les cellules dans leur phase log/expérimentale physiologiquement la plus active,

(b) Énumérez quatre conditions optimales pour obtenir le produit souhaité dans un bioréacteur. (Exemple de papier CBSE 2020)
Réponse:
Condition d'obtention du produit souhaité en bioréacteur :

Question 19.
Énumérez les étapes de la formation de l'ADNr.
Réponse:
Étapes de la formation de l'ADNr :
La technologie de l'ADN recombiné implique les étapes suivantes :

  1. Isolement de l'ADN.
  2. Fragmentation de l'ADN par des endonucléases de restriction.
  3. Isolement du fragment d'ADN souhaité.
  4. Amplification du gène d'intérêt.
  5. Ligature du fragment d'ADN dans un vecteur à l'aide d'ADN ligase.
  6. Transfert du fragment d'ADN dans le vecteur à l'aide d'ADN ligase.

Question 20.
Comment le gène d'intérêt isolé est-il amplifié ? (CBSE Delhi 2019, 2019 C)
Réponse:
Amplification de l'ADN/gène d'intérêt :

  1. L'amplification fait référence au processus de fabrication de plusieurs copies du segment d'ADN in vitro.
  2. Il utilise la réaction en chaîne par polymérase (PCR).
  3. Le procédé a été conçu par K. Mullis,
  4. Cette technique comporte trois étapes principales :
    (a) Dénaturation
    (b) Recuit d'amorce et
    (c) Extension des amorces.
  5. L'ADN double brin est dénaturé en le soumettant à des températures élevées.
  6. Deux ensembles d'amorces sont utilisés. Les amorces sont les segments courts d'ADN synthétisés chimiquement (oligonucléotides), qui sont complémentaires du segment d'ADN (d'intérêt).
  7. L'enzyme ADN polymérase (polymérase Taq) est utilisée pour faire des copies d'ADN en utilisant l'ADN matrice génomique et l'amorce.

Question 21.
Énumérez les caractéristiques requises pour faciliter le clonage dans un vecteur. Montrez avec un croquis le vecteur de clonage E. coli montrant les sites de restriction.
Ou
Croquis pBR322. (CBSE 2012, hors de Delhi 2019)
Réponse:
Fonctionnalités requises pour faciliter le clonage du vecteur.

  1. Origine de réplication (Ori)
  2. Marqueur sélectionnable
  3. Sites de clonage
  4. Vecteurs pour le clonage de gènes chez les plantes et les animaux
    Sites de clonage vecteur

E. coli Cloning Vector pBr322 montrant des sites de restriction (Hindlll, EcoRI, BamHI, Sal I, Pvu II, Pst I, Clal), oriV et des gènes de résistance aux antibiotiques (ampR et tetR). Rop code pour les protéines impliquées dans la réplication du plasmide.

Question 22.
À l'aide d'un simple croquis, montrez l'action de l'enzyme de restriction (EcoR1).
Réponse:
L'action de l'enzyme de restriction.

Ecol coupe l'ADN entre les bases G et A uniquement lorsque la séquence GAATTC est présente dans l'ADN.

Question 23.
Expliquez l'importance de (a) ori, (b) ampR et (c) rop dans le vecteur E. colt. (CBSE Hors Delhi 2009, Hors Delhi 2019)
Réponse:

  1. Importance de l'ori : il s'agit d'une séquence à partir de laquelle la réplication commence et tout morceau d'ADN, lorsqu'il est lié à cette séquence, peut être amené à se répliquer dans les cellules hôtes, il permet plusieurs copies par cellule.
  2. Importance de l'ampR : C'est le gène de résistance aux antibiotiques de l'ampicilline. Il aide à la sélection des cellules de transformateur.
  3. Importance de rop : Il code pour les protéines impliquées dans la réplication du plasmide.

Question 24.
Nommez deux vecteurs de clonage. Décrire les caractéristiques requises pour faciliter le clonage dans un vecteur. (Exemple de papier CBSE)
Réponse:
Les plasmides et les bactériophages sont deux exemples du vecteur de clonage. Un vecteur est une molécule d'ADN qui a la capacité de se répliquer dans une cellule hôte appropriée et dans laquelle le fragment d'ADN à cloner est intégré pour le clonage.

Un bon vecteur doit avoir les propriétés suivantes :

  • Il doit pouvoir se répliquer de manière autonome.
  • il doit être facile à isoler et à purifier,
  • Il doit être facilement introduit dans les cellules hôtes.

Vecteurs de clonage : tous les vecteurs utilisés pour la propagation d'inserts d'ADN dans un hôte approprié sont appelés vecteurs de clonage. Lorsqu'un vecteur est conçu pour l'expression, c'est-à-dire la production de la protéine spécifiée par l'insert d'ADN, il est appelé vecteur d'expression.

Question 25.
Que sont les bioréacteurs ? Esquissez les deux types de bioréacteurs. Quelle est l'utilité ? Quel est le type courant de bioréacteurs ? (CBSE Delhi 2013)
Ou
Comment les bioréacteurs aident-ils à la production de protéines recombinantes ? (CBSE en dehors de Delhi 2009)
Ou
(i) Comment le développement du bioréacteur a-t-il aidé en biotechnologie ?
(ii) Nommez le bioréacteur le plus couramment utilisé et décrivez son fonctionnement. (CBSE Delhi 2018, 2019 C)
Réponse:
Les cultures de petits volumes ne peuvent pas donner de quantités appréciables de produits. Pour produire ces produits en grandes quantités, le développement de « bioréacteurs » était nécessaire où de grands volumes (100-1000 litres) de culture peuvent être traités. Ainsi, les bioréacteurs peuvent être considérés comme des récipients dans lesquels les matières premières sont biologiquement converties en produits spécifiques, en utilisant des cellules microbiennes, végétales, animales ou humaines ou des enzymes individuelles.

Rôle. Un bioréacteur fournit les conditions optimales pour obtenir le produit souhaité en fournissant des conditions de croissance optimales (température, pH, substrat, sels, vitamines, oxygène).

L'un des bioréacteurs les plus couramment utilisés est de type agitateur.

Un réacteur à cuve agitée est cylindrique ou un conteneur avec une base incurvée qui facilite le mélange du contenu du réacteur. L'agitateur facilite le mélange et la disponibilité de l'oxygène dans tout le bioréacteur. En variante, de l'air peut être passé à travers le réacteur. Il se compose d'un système d'agitation, d'un système de distribution d'oxygène, d'un système de contrôle de la mousse, d'un système de contrôle de la température, d'un système de contrôle du pH et de ports d'échantillonnage afin que de petits volumes de la culture puissent être prélevés périodiquement.

(a) Bioréacteur à cuve agitée simple (b) Bioréacteur à cuve agitée à barbotage à travers lequel des bulles d'air stériles sont barbotées

Question 26.
Décrivez brièvement les éléments suivants :
(i) Origine de réplication (Ori).
Réponse:
(a) C'est une séquence spécifique de bases d'ADN, qui est responsable de l'initiation de la réplication.
(b) Un ADN étranger pour la réplication doit être lié à l'origine de réplication.
(c) Un ADN procaryote a normalement une seule origine de réplication, tandis qu'un ADN eucaryote peut avoir plus d'une origine de réplication.
(d) La séquence est responsable du contrôle du nombre de copies d'ADN lié.

(ii) Bioréacteur.
Réponse:
(a) Ce sont des récipients dans lesquels les matières premières sont biologiquement transformées en produits spécifiques à l'aide de cellules microbiennes, végétales ou humaines.
(b) Un bioréacteur fournit des conditions optimales pour obtenir le produit souhaité en fournissant des conditions de croissance optimales, un pH, des sels de substrat, des vitamines, de l'oxygène, etc.
(c) Les bioréacteurs couramment utilisés sont de type agitateur.
(d) Un réacteur à cuve agitée est généralement cylindrique ou avec une base incurvée pour faciliter le mélange du contenu.
(e) L'agitateur facilite le mélange uniforme et la disponibilité de l'oxygène dans tout le bioréacteur.
(f) Le bioréacteur comprend les éléments suivants :

  • Un système d'agitateur.
  • Un système de distribution d'oxygène.
  • Un système de contrôle de la mousse.
  • Un système de contrôle de la température.
  • système de contrôle du pH et
  • Ports d'échantillonnage.

(iii) Traitement en aval.
Réponse:
(a) Il fait référence à la série de processus auxquels un produit génétiquement modifié doit être soumis avant d'être prêt à être commercialisé.
(b) Les processus comprennent deux processus :

(c) Le produit doit être formulé avec des conservateurs appropriés.
(d) Une telle formulation doit subir des essais cliniques approfondis dans le cas des médicaments. Des tests de contrôle de qualité stricts sont également requis.
(e) Un contrôle de qualité approprié de chaque produit est également requis.

Question 27.
Outre de meilleures propriétés d'aération et de mélange, quels autres avantages les bioréacteurs à réservoir agité ont-ils par rapport aux flacons agités ?
Réponse:
Les flacons agitateurs sont les flacons conventionnels pour les études de fermentation pendant le criblage secondaire ou le développement de processus en laboratoire. Ainsi, des bioréacteurs à cuve agitée sont utilisés pour produire le produit en grande quantité.

Outre l'aération et le mélange :

  1. il contribue également à fournir des conditions de croissance optimales (température, pH, substrat, sels, vitamines, oxygène) pour obtenir le produit souhaité.
  2. rentable
  3. en raison des chicanes, le taux de transfert d'oxygène est très élevé
  4. la capacité des fermenteurs est plus.

Question 28.
Expliquez brièvement ce qui suit
(i) PCR
(ii) Enzymes de restriction et ADN
(iii) Chitinase. (CBSE 2012)
Ou
Expliquez les trois étapes impliquées dans une réaction en chaîne par polymérase. (CBSE Delhi 2018C)
Réponse:
(i) PCR-Polymerase Chain Reaction C'est le processus dans lequel plusieurs copies du gène ou du segment d'ADN d'intérêt sont synthétisées in vitro en utilisant des amorces et de l'ADN polymérase.

Mécanisme de fonctionnement de la PCR : Un seul cycle d'amplification PCR implique trois étapes de base : la dénaturation, l'annelage et l'extension (polymérisation).
(a) Dénaturation. Dans l'étape de dénaturation, l'ADN cible est chauffé à une température élevée (généralement 94 °C), entraînant la séparation des deux brins. Chaque brin de l'ADN cible agit alors comme une matrice pour la synthèse d'ADN.

(b) Recuit (Recuire = Joindre). Dans cette étape, les deux amorces oligonucléotidiques s'hybrident (s'hybrident) à chacun des ADN matrice simple brin puisque la séquence des amorces est complémentaire aux extrémités 3' de l'ADN matrice. Cette étape est réalisée à une température plus basse en fonction de la longueur et de la séquence des amorces.

(c) Extension d'amorce (polymérisation) : L'étape finale est une extension, dans laquelle l'ADN polymérase Taq (d'une bactérie thermophile Thermus aquatics) provoque la synthèse de la région d'ADN entre les amorces, en utilisant des dNTP (désoxynucléoside triphosphates) et Mg 2+. Cela signifie que les amorces sont étendues l'une vers l'autre afin que le segment d'ADN situé entre les deux amorces soit copié.

La température optimale pour cette étape de polymérisation est de 72°C. Pour commencer le deuxième cycle, l'ADN est à nouveau chauffé pour convertir tout l'ADN nouvellement synthétisé en brins simples, chacun pouvant désormais servir de matrice pour la synthèse d'un nouvel ADN supplémentaire. Ainsi, le produit d'extension d'un cycle peut servir de matrice pour les cycles suivants et chaque cycle double essentiellement la quantité d'ADN du cycle précédent. En conséquence, à partir d'une seule molécule matrice, il est possible de générer 2 n molécules après n nombre de cycles.

  • Diagnostic de l'agent pathogène
  • Diagnostic de la mutation spécifique
  • empreinte génétique
  • Détection de phytopathogènes
  • Clonage de fragments d'ADN à partir de restes momifiés d'humains et d'animaux disparus.

(ii) Enzymes de restriction :
(a) Ils sont appelés «ciseaux moléculaires» ou scalpels chimiques.
(b) Les enzymes de restriction, synthétisées par des micro-organismes comme mécanisme de défense, sont des endonucléases spécifiques, qui peuvent cliver l'ADN double brin.
(c) Les enzymes de restriction appartiennent à une classe d'enzymes appelées nucléases.
(d) Ils sont de deux sortes :

  • Les exonucléases, qui éliminent les nucléotides des extrémités de l'ADN.
  • Les endonucléases, qui coupent l'ADN à des positions spécifiques n'importe où dans sa longueur (à l'intérieur).

(e) La séquence de reconnaissance est un palindrome, où la séquence de paires de bases se lit de la même manière sur les deux brins d'ADN lorsque l'orientation de la lecture reste la même, c'est-à-dire 5′ → 3′ direction ou 3′ → 5&# direction 8242.
par exemple. 5′ – GAATTC – 3′
3′ – CTTAAG – 5′

(f) Chaque endonucléase de restriction fonctionne en inspectant la longueur d'une séquence d'ADN et se lie à l'ADN au niveau de la séquence de reconnaissance.
(g) Il coupe les deux brins de la double hélice à des points spécifiques de leurs squelettes sucre-phosphate, un peu à l'écart du centre des sites palindromes, mais entre les deux mêmes bases sur les deux brins.
(h) En conséquence, des portions simple brin appelées extrémités collantes sont produites aux extrémités de l'ADN. Cette adhérence de l'extrémité facilite l'action de l'enzyme ADN ligase.

  1. Lorsqu'ils sont coupés par la même endonucléase de restriction, les fragments d'ADN (du donneur ainsi que de l'hôte/du receveur) produisent le même type d'« extrémités collantes » qui peuvent être jointes bout à bout par des ADN ligases.
  2. Chitinase. Cette paroi cellulaire chez les champignons est constituée de chitine. L'enzyme est utilisée dans les champignons pour ouvrir la cellule afin de libérer l'ADN avec leurs macromolécules comme les protéines d'ARN, les lipides et les polysaccharides.

Question 29.
Discutez avec votre professeur et découvrez comment faire la distinction entre
(i) ADN plasmidique et ADN chromosomique
Réponse:
Différences entre l'ADN plasmidique et l'ADN chromosomique :

ADN plasmidique ADN chromosomique
1. Il s'agit d'une molécule d'ADN auto-réplicable que l'on trouve naturellement dans de nombreuses bactéries et levures. 1. ADN chromosomique présent dans les chromosomes de tous les organismes.
2. Il n'est pas essentiel pour une croissance et une division normales. 2. Il est essentiel pour la croissance et la division.
3. Il contient des informations pour quelques traits. 3. Il contient des informations pour tous les traits.

(ii) Exonucléase et endonucléase (CBSE, Delhi 2013)
Réponse:
Différences entre l'exonucléase et l'endonucléase :

Endonucléase Exonucléase
Il coupe l'ADN à une position spécifique des bases azotées n'importe où dans la longueur de l'ADN, à l'exception des extrémités. Cette enzyme élimine les nucléotides des extrémités 5' ou 3' des molécules d'ADN.

Question 30.
Recueillez les exemples de séquences palindromiques en consultant votre professeur. Mieux vaut essayer de créer une séquence palindromique en suivant les règles des paires de bases.
Réponse:

Question 31.
Pouvez-vous citer 10 protéines recombinantes utilisées en pratique médicale ? Trouvez où ils sont utilisés à des fins thérapeutiques (utilisez Internet).
Réponse:

Protéine recombinante Usage thérapeutique
1. L'insuline Pour le traitement du diabète sucré
2. Hormone de croissance humaine Pour le traitement du nanisme
3. Interférons Pour le traitement des maladies virales, du cancer et du SIDA.
4. Streptokinase Pour traiter la thrombose.
5. Facteur de nécrose tumorale Pour traiter la septicémie et le cancer
6. Interleukines Pour traiter divers cancers.
7. Antigène de surface de l'hépatite B Le vaccin contre l'hépatite B
8. Facteur de stimulation des colonies de granulocytes Pour le traitement du cancer et du SIDA et dans la transplantation de moelle osseuse
9. Facteur de stimulation des colonies de granulocytes-macrophages Pour traiter le cancer et le sida
10. Hormone de croissance bovine Pour augmenter la production de lait.

Question 32.
Comment l'ADN est-il isolé sous une forme purifiée ? (CBSE en dehors de Delhi 2009)
Réponse:
Isolement de l'ADN sous forme purifiée :

  1. L'ADN doit être isolé sous forme pure pour l'action des enzymes de restriction.
  2. L'ADN peut être libéré des cellules en digérant l'enveloppe cellulaire grâce à l'utilisation d'enzymes comme le lysozyme pour les cellules bactériennes, la chitinase pour les cellules fongiques et la cellulase pour les cellules végétales.
  3. Étant donné que l'ADN est entrelacé avec des protéines histones et des ARN, les protéines sont éliminées par traitement avec des protéases et des ARN par des ribonucléases.
  4. Les autres impuretés sont éliminées en utilisant des traitements appropriés.
  5. L'ADN purifié est précipité par addition d'éthanol refroidi. Il est vu comme de fins fils en suspension.

Question 33.
Comment l'isolement et la fragmentation de l'ADN d'intérêt sont-ils effectués dans la technologie de l'ADN recombinant ? (CBSE en dehors de Delhi 2009, 2019)
Réponse:
1. Fragmentation de l'ADN : La fragmentation de l'ADN est réalisée en incubant les molécules d'ADN purifiées avec des enzymes de restriction appropriées dans des conditions optimales de température et de pH.

2. Isolement de l'ADN (gène) d'intérêt :
(a) Les fragments d'ADN sont séparés par une technique appelée électrophorèse sur gel.
(b) L'ADN est coupé en fragments par des endonucléases de restriction.
(c) Ces fragments sont séparés par une technique appelée électrophorèse sur gel.
(d) L'agarose, le polymère naturel obtenu à partir d'algues, est utilisé comme matrice.
(e) Les fragments d'ADN chargés négativement sont séparés en les forçant à se déplacer à travers la matrice vers l'anode sous un champ électrique.
(f) Les fragments d'ADN se séparent/se résolvent en fonction de leur taille.
(g) Les molécules séparées sont colorées par du bromure d'éthidium et visualisées par exposition au rayonnement UV, sous forme de bandes de couleur orange vif.
(h) Les bandes d'ADN séparées (sur le gel) sont coupées du gel et extraites du morceau de gel (élution).
(i) De tels fragments d'ADN sont purifiés et utilisés pour construire de l'ADN recombinant en les joignant à des vecteurs de clonage.


Les origines de CRISPR

Aussi révolutionnaire que CRISPR ait été pour la science biomédicale, sa découverte découle d'une curiosité scientifique fondamentale sur un sujet biologique aussi éloigné que possible de la médecine. Pour comprendre d'où vient CRISPR, nous devons nous plonger dans l'un des conflits génétiques les plus anciens sur Terre : la course aux armements incessante entre les bactéries et les virus spécifiques aux bactéries (Rohwer et al., 2014).

Tout le monde connaît les bactéries, ces micro-organismes embêtants qui peuvent nous rendre malades, pensez Streptocoques, la cause de l'angine streptococcique et de la pneumonie, ou Salmonelle infections qui provoquent des intoxications alimentaires, mais qui sont également indispensables au fonctionnement normal de l'homme. (Nous dépendons d'une vaste armée de bactéries qui constituent collectivement notre microbiome et aident à décomposer les aliments, à produire des vitamines et à remplir de nombreuses autres fonctions essentielles.) Cependant, peu de personnes en dehors de la communauté des chercheurs connaissent peut-être l'omniprésence des virus bactériens, également appelés bactériophages (« mangeurs de bactéries »). En fait, les bactériophages sont de loin la forme de vie la plus répandue sur notre planète : avec une abondance estimée à dix millions de milliards de milliards de milliards, ils sont même dix fois plus nombreux que les bactéries. Il y a environ un billion de virus bactériens pour chaque grain de sable dans le monde, et dix millions de virus dans chaque goutte d'eau de mer (Keen, 2015) !

Les virus bactériens ont évolué pour infecter les bactéries, et ils le font remarquablement bien. Ils présentent des structures tridimensionnelles extrêmement bien adaptées pour s'accrocher à la surface externe des cellules bactériennes, et après s'être attachés de cette manière, ils injectent leur matériel génétique à l'intérieur de l'hôte bactérien en utilisant des pressions similaires à celles d'une bouteille de champagne débouchée. Une fois que le génome viral a fait son chemin à l'intérieur de la bactérie, il détourne la machinerie hôte pour répliquer son code génétique et construire plus de virus, détruisant finalement la cellule dans le processus. Environ vingt à quarante pour cent des bactéries de l'océan sont éliminées chaque jour de ces infections virales, remodelant considérablement l'écosystème marin en provoquant la libération de carbone et d'autres nutriments dans l'environnement.

Pour comprendre d'où vient CRISPR, nous devons nous plonger dans l'un des conflits génétiques les plus anciens sur Terre : la course aux armements incessante entre les bactéries et les virus spécifiques aux bactéries.

Pourtant, les bactéries ne sont pas des spectateurs passifs face à un tel assaut, bien au contraire. Les bactéries possèdent de nombreux systèmes immunitaires pour combattre les virus à plusieurs étapes du cycle de vie viral, que les microbiologistes étudient depuis de nombreuses décennies. Au tournant du XXIe siècle, le paradigme existant soutenait que, bien que divers, ces systèmes immunitaires ne constituaient qu'une simple réponse innée à l'infection. Contrairement aux organismes vertébrés multicellulaires, qui possèdent un système immunitaire inné ainsi que des systèmes immunitaires adaptatifs élaborés capables de créer et de stocker une mémoire immunologique, les bactéries n'avaient pas la capacité de s'adapter aux nouvelles menaces.

Entrez CRISPR, abréviation de Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Détecté pour la première fois en 1987 dans la bactérie Escherichia coli (Ishino et al., 1987), les CRISPR - pour le dire simplement - sont des sections bizarres et répétitives d'ADN bactérien qui peuvent s'étendre sur des milliers de lettres. Alors que les CRISPR semblaient initialement être une étrangeté rare, un hasard de la nature, les chercheurs avaient détecté des CRISPR dans des dizaines d'autres espèces bactériennes au début des années 2000 (Mojica et al., 2000).

Image au microscope électronique à balayage couleur (MEB) de bactéries à la surface d'une langue humaine. Agrandi 10 000 fois jusqu'à une largeur de 10 cm

Ces structures répétitives ont été initialement décrites à l'aide d'un certain nombre d'acronymes différents et déroutants, et ainsi, en 2002, des chercheurs néerlandais ont simplifié leur classification avec l'acronyme informatif (et accrocheur) que nous utilisons encore aujourd'hui (Jansen et al., 2002).

Malgré une appréciation croissante du fait que les CRISPR étaient abondants dans la nature, étant trouvés dans les génomes d'un tiers de toutes les bactéries et presque toutes les archées (un autre domaine des micro-organismes unicellulaires), leur fonction biologique est restée un mystère complet jusqu'en 2005, lorsque les premiers indices a fait surface liant CRISPR à l'immunité antivirale (Mojica et al., 2005). À l'aide d'analyses bioinformatiques, les chercheurs ont été choqués de trouver des séquences d'ADN viral enfouies dans ces sections répétées d'ADN, comme si la bactérie avait en quelque sorte volé le code génétique viral en tant que forme de mémoire moléculaire. Cette information pourrait-elle permettre aux bactéries de reconnaître et de détruire l'ADN viral lors d'une infection ?

Les preuves à l'appui de cette hypothèse proviennent d'expériences élégantes menées dans une entreprise de yaourt (Barrangou et al., 2007). Les scientifiques espéraient générer des souches résistantes aux virus de la bactérie Streptocoque thermophilus, le principal ingrédient de l'atelier utilisé pour fermenter le lait en yaourt et autres produits laitiers, et ils ont remarqué que, comme E. coli, leur S. thermophilusles souches contenaient également des CRISPR. En infectant intentionnellement leurs souches avec un panel de virus différents, puis en analysant l'ADN de ces bactéries qui ont acquis l'immunité, les chercheurs ont prouvé que les CRISPR conféraient effectivement une immunité adaptative. Presque du jour au lendemain, la présomption de longue date selon laquelle les bactéries et les archées ne possédaient que des défenses relativement simples contre les agents pathogènes viraux a été renversée.Au lieu de cela, ces micro-organismes simples employaient à la fois des systèmes immunitaires innés et adaptatifs non moins remarquables et polyvalents que les systèmes innés et adaptatifs trouvés dans les organismes multicellulaires.

Malgré une appréciation croissante du fait que les CRISPR étaient abondants dans la nature, étant trouvés dans les génomes d'un tiers de toutes les bactéries et presque toutes les archées (un autre domaine des micro-organismes unicellulaires), leur fonction biologique est restée un mystère complet jusqu'en 2005, lorsque les premiers indices surface liant CRISPR à l'immunité antivirale

Après cette percée, il appartenait aux généticiens et aux biochimistes de déterminer le fonctionnement des systèmes immunitaires CRISPR. À savoir, quelles enzymes étaient impliquées et comment étaient-elles capables de reconnaître avec précision les caractéristiques uniques de l'ADN viral lors d'une infection ? Du travail d'innombrables chercheurs du monde entier, une nouvelle compréhension unifiée a commencé à émerger : les bactéries et les archées ont utilisé des molécules d'acide ribonucléique, ou ARN, le cousin moléculaire de l'ADN, pour identifier des séquences d'ADN correspondantes dans le génome viral, ainsi qu'une ou plusieurs protéines codées par des gènes associés à CRISPR pour séparer l'ADN (Klompe & Sternberg, 2018). CRISPR n'était rien de plus qu'une paire de ciseaux moléculaires guidés avec précision, avec l'incroyable capacité de se concentrer sur des séquences spécifiques d'ADN et de les neutraliser en coupant les deux brins de la double hélice. Et l'acteur vedette de cette voie était une enzyme protéique appelée CRISPR-Cas9 (Gasiunas et al., 2012 Jinek et al., 2012).


Nous avons trouvé au moins 10 Liste de sites Web ci-dessous lors de la recherche avec palindrome dans l'adn sur le moteur de recherche

Un catalogue de référence des palindromes de l'ADN chez l'humain…

Dbmi.pitt.edu AD : 17 PENNSYLVANIE: 43 Rang MOZ : 60

  • Introduction Dans l'ADN, les palindromes sont définis comme une séquence de nucléotides suivie de sa séquence complémentaire apparaissant dans l'ordre inverse1
  • 1, la séquence sur le brin positif 5'-GACA| TGTC-3′ est un palindrome puisque GACA est suivi de son complément CTGT, mais apparaissant dans l'ordre inverse comme TGTC2.

Palindromes dans l'ADN-A Risque pour la stabilité du génome et

  • UNE palindrome dans l'ADN se compose de deux répétitions inversées étroitement espacées ou adjacentes
  • Certain palindrome ont des fonctions biologiques importantes en tant que parties de divers éléments agissant en cis et sites de liaison aux protéines
  • Toutefois plusieurs palindrome sont connus comme des sites fragiles du génome, des sites sujets au chromosome br…

Palindromes ou répétitions inversées dans l'ADN et son rôle (avec

  • Introduction à Palindromes: L'ARN est une molécule simple brin mais il peut également former des régions double brin dans sa structure comme l'ADN
  • Lorsqu'une séquence de bases est suivie d'une séquence complémentaire voisine dans la même molécule, la chaîne peut se replier sur elle-même pour générer un double antiparallèle.

Apprêt scientifique sur les séquences palindromiques

Ces enzymes coupent de manière prévisible les deux brins car les séquences qu'elles reconnaissent sont palindrome. C'est-à-dire que les séquences de reconnaissance sont une courte chaîne de bases identiques sur les deux ADN brins. palindromique les séquences sont similaires au langage palindromes, mais suivre un ensemble distinct de règles.

Un algorithme efficace pour détecter les palindromes dans l'ADN

  • Un palindrome d'ADN est une séquence de bases nucléotidiques qui se lit comme son complément inverse
  • ADN palindrome sont cruciaux pour la régulation des gènes
  • En plus de réguler la production de protéines via des intermédiaires d'ARNm, exacts et inexacts palindrome ont des rôles structurels dans l'ARNt, les ribozymes et certaines protéines ribonucléaires.

Quelles sont les fonctions de l'ADN palindromique et comment fonctionne-t-il

Quora.com AD : 13 PENNSYLVANIE: 50 Rang MOZ : 68

  • je vais essayer d'expliquer en termes simples
  • Les micro-organismes ont développé un mécanisme de défense pour se protéger de l'ADN étranger
  • Ils produisent des "enzymes de restriction", qui identifient une séquence particulière dans l'ADN et la hachent

ADN palindromique (avec diagramme) Biochimie

  • Les ADN palindromique ou palindrome sont les répétitions inversées et la région de symétrie de la dyade
  • La longueur de palindrome peut être court d'environ 3 à 10 bases ou long d'environ 50 à 100 paires de bases
  • Par rapport à l'ADN procaryote, l'ADN eucaryote contient une grande palindrome d'environ plusieurs milliers de paires de bases.

Atelier IEEE sur la DÉTECTION DES PALINDROMES DANS L'ADN …

  • Les palindrome L'algorithme de détection a été appliqué à deux catégories de séquences d'ADN
  • Tout d'abord, l'algorithme est appliqué à une séquence d'ADN pseudo-hdom générée par un programme générateur pseudo-aléatoire [9]
  • La deuxième catégorie est une séquence d'ADN réelle

Palindromes de Watson-Crick dans le calcul de l'ADN

Csd.uwo.ca AD : 14 PENNSYLVANIE: 50 Rang MOZ : 72

  • Palindromes Watson-Crick palindrome 1 Introduction L'informatique théorique de l'ADN est un domaine de l'informatique biomoléculaire qui englobe vaguement les contributions à la recherche fondamentale en informatique issues ou motivées par la recherche en informatique de l'ADN.
  • Les exemples sont nombreux et comprennent des théories

Trouver la plus longue sous-chaîne palindrome d'un morceau d'ADN

Par exemple, la séquence d'ADN ACCTAGGT est palindrome parce que son complément nucléotide par nucléotide est TGGATCCA, et l'inversion de l'ordre des nucléotides dans le complément donne la séquence d'origine.


Chromosome Y VI : Palindromes !

Tout d'abord, un bref aperçu de ce qu'est la classe ampliconique.

Extrait de mon article sur le chromosome Y II :

La classe de séquence finale, l'ampliconique, est plus complexe que les deux classes précédentes car elle contient plus de gènes et a une architecture plus étrange. La classe 10,2Mb est divisée en sept segments et contient la plus forte densité de gènes sur le MSY. Un amplicon est un terme générique pour regrouper les unités spécifiques à la PME hautement répétitives. Pour identifier ces amplicons, Skaletsky et al. a comparé une fenêtre glissante de 50 kb au reste des séquences euchromatiques par pas de 1 kb et toute fenêtre qui montrait plus de 50 % de similarité avec une autre séquence était considérée comme un amplicon (régions bleues de la figure 3). Bien que cela semble arbitraire, 60% de la région montre plus de 99,9% de similitude avec quelque chose d'autre dans la région (Skaletsky et al., 2003).

Il y a quelque chose dans cette similitude de séquence élevée. Qu'est-ce qui l'explique ?

Palindrome. Palindromes énormes et massifs. Comme vous le savez probablement, un palindrome est un mot, une ligne, un verset, un nombre, une phrase, etc., lisant la même chose en arrière qu'en avant, comme [en] Madame, je’m Adam” (dictionnaire.com). Le plus long palindrome que je connaisse est le poème de 224 mots de Demitri Martin, Bon sang, je suis fou.

C'est dans le langage, mais qu'est-ce qu'un palindrome biologique ? C'est à peu près la même idée. Dans un e-mail d'un membre du laboratoire de pages, on m'a donné cet exemple :

GATTAGCCAAAGGCTAATC

La seconde moitié est le « compliment inversé » de la première moitié. La première moitié elle-même est répétée sur le côté droit de l'autre brin d'ADN. La nature double brin de l'ADN complique le tableau, mais j'espère que cela a du sens. Comme le dit ce manuel gratuit de bio mol (Google Books), « la séquence se lit de la même manière vers l'avant sur un brin qu'elle se lit vers l'arrière sur le brin complémentaire » (86). La figure dans le livre reflète cela (la figure 1 ajoute juste une entretoise pour obtenir nos palindromes).

Les trois bases au milieu de l'exemple, AAA, sont considérées comme une entretoise (et chaque moitié est un « bras » du palindrome). Si l'entretoise est plus petite qu'un bras, le labo de Page considère qu'il s'agit d'un palindrome si l'entretoise est plus grande qu'un bras, le labo de Page considère qu'il s'agit seulement d'une répétition inversée. La signification de l'entretoise sera expliquée dans deux articles à partir de maintenant.

Comme je l'ai dit plus tôt, les palindromes du chromosome Y sont absolument énormes. Le palindrome le plus long, P1, mesure 2,9 Mo. Soit 2 900 000 lettres ! Les deux bras représentent

30% de la classe ampliconique et

13% de l'euchromatine Y’s. Les autres palindromes ne sont pas non plus avachis, comme indiqué dans le tableau 1. Le fait que les deux bras soient identiques à plus de 99,5% explique la similitude de séquence élevée trouvée dans les scans du laboratoire de Page.

Pourquoi des palindromes ? Je vous le dirai dans les prochains posts !
______________________
Skaletsky H, Kuroda-Kawaguchi T, Minx PJ, Cordum HS, Hillier L, Brown LG, Repping S, Pyntikova T, Ali J, Bieri T, Chinwalla A, Delehaunty A, Delehaunty K, Du H, Fewell G, Fulton L, Fulton R, Graves T, Hou SF, Latrielle P, Leonard S, Mardis E, Maupin R, McPherson J, Miner T, Nash W, Nguyen C, Ozersky P, Pepin K, Rock S, Rohlfing T, Scott K, Schultz B , Strong C, Tin-Wollam A, Yang SP, Waterston RH, Wilson RK, Rozen S, & Page DC (2003). La région spécifique au mâle du chromosome Y humain est une mosaïque de classes de séquences discrètes. Nature, 423 (6942), 825-37 PMID : 12815422


Schneider, T.D. & amp Stephens, R.M. Logos de séquence : une nouvelle façon d'afficher les séquences consensus. Acides nucléiques Res. 18, 6097–6100 (1990).

Stormo, G.D. Sites de liaison à l'ADN : représentation et découverte. Bioinformatique 16, 16–23 (2000).

Ouvrier, C.T. et al. EnoLOGOS : un outil Web polyvalent pour les logos de séquence normalisés en énergie. Acides nucléiques Res. 33 (Problème de serveur Web), W389–W392 (2005).

Matys, V. et al. TRANSFAC® et son module TRANSCompel® : régulation des gènes transcriptionnels chez les eucaryotes. Acides nucléiques Res. 34 suppl. Numéro de base de données, D108–D110 (2006).

Vlieghe, D. et al. Une nouvelle génération de JASPAR, le référentiel en accès libre pour les profils de sites de liaison aux facteurs de transcription. Acides nucléiques Res. 34 suppl. Numéro de base de données, D95–D97 (2006).

Teixeira, M.C. et al. La base de données YEASTRACT : un outil pour l'analyse des associations régulatrices de la transcription chez Saccharomyces cerevisiae. Acides nucléiques Res. 34 suppl. Numéro de base de données, D446-451 (2006).

Zhu, J. & amp Zhang, M.Q. SCPD : une base de données de promoteurs de la levure Saccharomyces cerevisiae. Bioinformatique 15, 607–611 (1999).

Salgado, H. et al. RegulonDB (version 5.0) : Escherichia coli Réseau de régulation transcriptionnelle K-12, organisation des opérons et conditions de croissance. Acides nucléiques Res. 34 suppl. Numéro de base de données, D394–D397 (2006).

Munch, R. et al. PRODORIC : base de données procaryotes de régulation génique. Acides nucléiques Res. 31, 266–269 (2003).


ADN H et ADN glissé—liant l'ADN en pseudo-nœuds

L'ADN avec une symétrie miroir dans sa séquence d'ADN - celle dans laquelle un brin se lit de la même manière dans les deux sens, comme 5'-AATGGTAA-3' - peut former une structure à trois brins appelée ADN H (Fig. 1). Ici, un brin dans une répétition se boucle pour former un triplex avec l'autre répétition, son complément reste non apparié. Mirkin a décrit cette structure pour la première fois en 1987. Richard Sinden (Florida Institute of Technology) a décrit une structure apparentée formée par l'ADN avec la séquence (CCTG)m trouvé au locus de la dystrophie myotonique de type 2 (DM2). Comme exemple d'« anticipation » génétique, cet ADN révèle un phénotype de plus en plus m augmente à chaque génération. Seulement quand m > 10 4 est la maladie vraiment débilitante. Sinden a montré que cet ADN peut former une structure glissée lorsqu'il est chauffé et refroidi pour former un ADNdb avec deux boucles simple brin (Fig. 1), qui peuvent apparemment interagir les unes avec les autres pour former des « beignets » visibles par l'AFM. Ces structures sont stables jusqu'à 55 °C, contrairement aux cruciformes beaucoup moins stables, à l'ADN Z et à l'ADN H. La séquence (CCTG)m est le premier exemple d'ADN glissé qui peut résulter simplement d'un superenroulement d'ADN. Notamment, l'ADN Z adjacent à cette séquence diminue sa propension à former la structure glissée. Ainsi, l'ADN Z, avec sa torsion à gauche, réduit la densité de superenroulement et peut être protecteur dans certains contextes. Dans E. coli plasmides, la structure glissée apparaît lorsque m est supérieur à ∼40 lorsque m est 170, l'ADN glissé se forme sans chauffage ni refroidissement mais dépend du superenroulement. Ces seuils sont très différents du seuil de la maladie humaine. Néanmoins, la longueur de répétition détermine le phénotype de la maladie, tout comme dans les maladies à répétition trinucléotidique si bien étudiées, et toutes ces maladies manifestent une anticipation.


QU'EST-CE QUE LA BIOINFORMATIQUE ?

La bioinformatique implique l'intégration d'ordinateurs, d'outils logiciels et de bases de données dans le but de répondre aux questions biologiques. Les approches bioinformatiques sont souvent utilisées pour des initiatives majeures qui génèrent de grands ensembles de données. Deux activités importantes à grande échelle qui utilisent la bioinformatique sont la génomique et la protéomique. La génomique fait référence à l'analyse des génomes. Un génome peut être considéré comme l'ensemble complet de séquences d'ADN qui code pour le matériel héréditaire qui est transmis de génération en génération. Ces séquences d'ADN comprennent tous les gènes (l'unité fonctionnelle et physique de l'hérédité transmise du parent à la progéniture) et les transcrits (les copies d'ARN qui constituent l'étape initiale du décodage de l'information génétique) inclus dans le génome. Ainsi, la génomique fait référence au séquençage et à l'analyse de toutes ces entités génomiques, y compris les gènes et les transcrits, dans un organisme. La protéomique, quant à elle, fait référence à l'analyse de l'ensemble complet des protéines ou du protéome. En plus de la génomique et de la protéomique, il existe de nombreux autres domaines de la biologie où la bioinformatique est appliquée (c'est-à-dire la métabolomique, la transcriptomique). Chacun de ces domaines importants de la bioinformatique vise à comprendre les systèmes biologiques complexes.

De nombreux scientifiques appellent aujourd'hui la prochaine vague de la bioinformatique la biologie des systèmes, une approche pour aborder des questions biologiques nouvelles et complexes. La biologie des systèmes implique l'intégration d'informations génomiques, protéomiques et bioinformatiques pour créer une vue d'ensemble du système d'une entité biologique.


Figure 1. La roue de la compréhension biologique. La biologie des systèmes s'efforce de comprendre tous les aspects d'un organisme et de son environnement grâce à la combinaison d'une variété de domaines scientifiques.

Par exemple, le fonctionnement d'une voie de signalisation dans une cellule peut être abordé par la biologie des systèmes. Les gènes impliqués dans la voie, leur interaction et la manière dont les modifications modifient les résultats en aval peuvent tous être modélisés à l'aide de la biologie des systèmes. Tout système où l'information peut être représentée numériquement offre une application potentielle pour la bioinformatique. Ainsi, la bioinformatique peut être appliquée à partir de cellules individuelles à des écosystèmes entiers. En comprenant les « listes de pièces » complètes d'un génome, les scientifiques acquièrent une meilleure compréhension des systèmes biologiques complexes. Comprendre les interactions qui se produisent entre toutes ces parties d'un génome ou d'un protéome représente le prochain niveau de complexité du système. Grâce à ces approches, la bioinformatique a le potentiel d'offrir des informations clés sur notre compréhension et notre modélisation de la façon dont des maladies humaines spécifiques ou des états de santé se manifestent.

Les débuts de la bioinformatique remontent à Margaret Dayhoff en 1968 et à sa collection de séquences protéiques connue sous le nom d'Atlas of Protein Sequence and Structure[1]. L'une des premières expériences significatives en bioinformatique a été l'application d'un programme de recherche de similarité de séquences à l'identification des origines d'un gène viral[2]. Dans cette étude, les scientifiques ont utilisé l'un des premiers programmes informatiques de recherche de similarité de séquence (appelé FASTP), pour déterminer que le contenu de v-sis, une séquence virale cancérigène, était le plus similaire au gène PDGF cellulaire bien caractérisé. Ce résultat surprenant a fourni des informations mécanistiques importantes pour les biologistes travaillant sur la façon dont cette séquence virale provoque le cancer[3]. De cette première application initiale des ordinateurs à la biologie, le domaine de la bioinformatique a explosé. La croissance de la bioinformatique est parallèle au développement de la technologie de séquençage de l'ADN. De la même manière que le développement du microscope à la fin des années 1600 a révolutionné les sciences biologiques en permettant à Anton Van Leeuwenhoek d'observer les cellules pour la première fois, la technologie de séquençage de l'ADN a révolutionné le domaine de la bioinformatique. La croissance rapide de la bioinformatique peut être illustrée par la croissance des séquences d'ADN contenues dans le référentiel public de séquences nucléotidiques appelé GenBank.


Figure 2. L'utilisation des ordinateurs pour traiter les informations biologiques. La richesse des informations sur le séquençage du génome a nécessité la conception de logiciels et l'utilisation d'ordinateurs pour traiter ces informations.

Les projets de séquençage du génome sont devenus les fleurons de nombreuses initiatives bioinformatiques. Le projet de séquençage du génome humain est un exemple de projet réussi de séquençage du génome, mais de nombreux autres génomes ont également été séquencés et sont en cours de séquençage. En fait, les premiers génomes à être séquencés étaient des virus (c'est-à-dire le phage MS2) et des bactéries, le génome d'Haemophilus influenzae Rd étant le premier génome d'un organisme vivant libre à être déposé dans les banques de données de séquences publiques[4]. Cet accomplissement a été reçu avec moins de fanfare que l'achèvement du génome humain, mais il devient clair que le séquençage d'autres génomes est une étape importante pour la bioinformatique aujourd'hui. Cependant, la séquence du génome en elle-même a des informations limitées. Pour interpréter les informations génomiques, une analyse comparative des séquences doit être effectuée et un réactif important pour ces analyses sont les bases de données de séquences accessibles au public. Sans les bases de données de séquences (telles que GenBank), dans lesquelles les biologistes ont capturé des informations sur leur séquence d'intérêt, une grande partie des informations riches obtenues à partir des projets de séquençage du génome ne seraient pas disponibles.

De la même manière que les développements en microscopie ont préfiguré les découvertes en biologie cellulaire, les nouvelles découvertes en informatique et en biologie moléculaire préfigurent les découvertes en bioinformatique. En fait, une partie importante du domaine de la bioinformatique est le développement de nouvelles technologies qui permettent à la science de la bioinformatique de progresser à un rythme très rapide. Du côté informatique, Internet, les nouveaux développements logiciels, les nouveaux algorithmes et le développement de la technologie des grappes d'ordinateurs ont permis à la bioinformatique de faire de grands progrès en termes de quantité de données pouvant être analysées efficacement. Du côté du laboratoire, de nouvelles technologies et méthodes telles que le séquençage de l'ADN, l'analyse en série de l'expression génique (SAGE), les puces à ADN et les nouvelles chimies de spectrométrie de masse se sont développées à un rythme tout aussi fulgurant, permettant aux scientifiques de produire des données pour des analyses à un rythme incroyable. La bioinformatique fournit à la fois les technologies de plate-forme qui permettent aux scientifiques de traiter les grandes quantités de données produites par les initiatives de génomique et de protéomique ainsi que l'approche pour interpréter ces données. À bien des égards, la bioinformatique fournit les outils permettant d'appliquer une méthode scientifique à des données à grande échelle et doit être considérée comme une approche scientifique permettant de poser de nombreux types nouveaux et différents de questions biologiques.


Figure 3. Types potentiels de données bioinformatiques.Les bases de données informatiques d'informations biologiques permettent aux scientifiques de générer toutes sortes de données, de la génération de séquences protéiques et de la prédiction de domaines protéiques à même la production de structures 3D de protéines.

Le mot bioinformatique est devenu un mot « buzz » très populaire en science. De nombreux scientifiques trouvent la bioinformatique passionnante car elle a le potentiel de plonger dans un tout nouveau monde en territoire inexploré. La bioinformatique est une nouvelle science et une nouvelle façon de penser qui pourraient potentiellement conduire à de nombreuses découvertes biologiques pertinentes. Bien que la technologie permette la bioinformatique, la bioinformatique est encore très liée à la biologie. Les questions biologiques conduisent toutes les expériences de bioinformatique. Des questions biologiques importantes peuvent être abordées par la bioinformatique et comprennent la compréhension de la connexion génotype-phénotype pour la maladie humaine, la compréhension des relations structure-fonction pour les protéines et la compréhension des réseaux biologiques. Les bioinformaticiens constatent souvent que les réactifs nécessaires pour répondre à ces questions biologiques intéressantes n'existent pas. Ainsi, une grande partie du travail d'un bioinformaticien consiste à créer des outils et des technologies dans le cadre du processus de pose de la question. Pour beaucoup, la bioinformatique est très populaire parce que les scientifiques peuvent appliquer à la fois leurs compétences en biologie et en informatique au développement de réactifs pour la recherche en bioinformatique. De nombreux scientifiques découvrent que la bioinformatique est un nouveau territoire passionnant de questionnement scientifique avec un grand potentiel pour la santé humaine et la société.

L'avenir de la bioinformatique est l'intégration. Par exemple, l'intégration d'une grande variété de sources de données telles que les données cliniques et génomiques nous permettra d'utiliser les symptômes de la maladie pour prédire les mutations génétiques et vice versa. L'intégration de données SIG, telles que des cartes, des systèmes météorologiques, avec des données sur la santé des cultures et le génotype, nous permettra de prédire les résultats positifs des expériences agricoles. Un autre futur domaine de recherche en bioinformatique est la génomique comparative à grande échelle. Par exemple, le développement d'outils capables de faire des comparaisons à 10 facteurs de génomes fera progresser le taux de découverte dans ce domaine de la bioinformatique. Dans ce sens, la modélisation et la visualisation de réseaux complets de systèmes complexes pourraient être utilisées à l'avenir pour prédire comment le système (ou la cellule) réagit, à un médicament par exemple. Un ensemble de défis techniques fait face à la bioinformatique et est résolu par des ordinateurs plus rapides, des avancées technologiques dans l'espace de stockage sur disque et une bande passante accrue, mais l'un des plus grands obstacles auxquels la bioinformatique est aujourd'hui confrontée est le petit nombre de chercheurs dans le domaine. Cela est en train de changer à mesure que la bioinformatique passe à l'avant-garde de la recherche, mais ce retard dans l'expertise a entraîné de réelles lacunes dans les connaissances en bioinformatique dans la communauté des chercheurs. Enfin, une question de recherche clé pour l'avenir de la bioinformatique sera de savoir comment comparer informatiquement des observations biologiques complexes, telles que les modèles d'expression génique et les réseaux de protéines. La bioinformatique consiste à convertir des observations biologiques en un modèle qu'un ordinateur comprendra. C'est une tâche très difficile car la biologie peut être très complexe. Ce problème de numérisation des données phénotypiques telles que le comportement, les électrocardiogrammes et la santé des cultures sous une forme lisible par ordinateur offre des défis passionnants aux futurs bioinformaticiens.

(Cet article est basé sur une entrevue avec Francis Ouellette, directeur du Centre de bioinformatique de l'UBC)

1. PMID=5789703 Sci. Un m. 1969 juil. 221(1):86-95.
2. PMID=6304883 Sciences. 15 juillet 1983 221(4607):275-7.
3. PMID=6306471 Nature. 1983 7-13 juillet 304(5921):35-9.
4. PMID=7542800 Sciences. 28 juillet 1995 269 (5223): 496-512.

(RÉIMPRIMÉ DU NUMÉRO UN, 11 AVRIL 2005)

(Art par Jiang Long – notez que les versions haute résolution des fichiers image sont disponibles ici)


1. Introduction

L'apprentissage automatique est une spécialisation de l'informatique étroitement liée à la reconnaissance de formes, à la science des données, à l'exploration de données et à l'intelligence artificielle ( William, 2009). Dans le domaine de l'apprentissage automatique, les réseaux de neurones artificiels, inspirés des réseaux de neurones biologiques, ont regagné en popularité ces dernières années ( Schmidhuber, 2015). Leur succès le plus récent a commencé avec le développement de méthodes efficaces pour former des réseaux de neurones profonds (réseaux avec plusieurs couches cachées) et la création du terme apprentissage profond vers 2006 ( Hinton et Salakhutdinov, 2006 Schmidhuber, 2015). Depuis lors, des améliorations ont été apportées en partie grâce à l'accès à de plus grandes ressources de calcul, en particulier des unités de traitement graphique (GPU), permettant la formation de réseaux de neurones profonds contenant de nombreux paramètres en un temps raisonnable. Compte tenu de cela, les architectures de réseaux de neurones spécialisés comme les réseaux de neurones convolutifs (CNN) et les réseaux de neurones récurrents (RNN) avec des cellules de mémoire à long terme (LSTM) peuvent désormais être entraînées efficacement et ont été appliquées avec succès à de nombreux problèmes, y compris la reconnaissance d'images (Ciresan et al., 2011 Krijevsky et al., 2012) et des tâches de traitement du langage naturel telles que la reconnaissance vocale ( Geiger et al., 2014) et la traduction linguistique ( Sutskever et al., 2014).

Les succès des réseaux de neurones ont conduit au développement de divers cadres de programmation pour construire et former des réseaux de neurones. Les exemples sont PyTorch (http://pytorch.org/), Caffe (http://caffe.berkeleyvision.org) et TensorFlow (https://www.tensorflow.org). Notre cadre de prédilection ici est la Lasagne ( Dieleman et al., 2015), une bibliothèque Python légère, bien établie, facile à utiliser et extrêmement flexible, construite sur la bibliothèque de calcul numérique Theano ( Bastien et al., 2016). Alors que la plupart des autres frameworks nécessitent que l'utilisateur apprenne un langage de programmation dédié, Lasagne est basé sur Python et donc relativement facile à utiliser pour les bioinformaticiens qui programment déjà en Python. De plus, la communauté active de Lasagne garantit que les derniers algorithmes et architectures de formation de réseaux neuronaux sont disponibles pour l'utilisateur.

Au sein de la bioinformatique, des exemples d'applications d'apprentissage en profondeur incluent la prédiction de modèles d'épissage ( Leung et al., 2014), cibles ADN et ARN des protéines régulatrices ( Alipanahi et al., 2015), la structure secondaire des protéines ( Wang et al., 2016) et l'analyse d'images biomédicales ( Cha et al., 2016 Moeskops et al., 2016). Cependant, le nombre d'applications est encore relativement faible, et l'application des méthodes d'apprentissage profond au sein de la biologie est à notre avis freinée en raison d'un manque d'exemples et de modèles de programmation avec un fond biologique facilitant une longueur d'avance sur l'utilisation de ces bibliothèques. pour les non-spécialistes.

Ici, nous cherchons à modifier cela en fournissant une introduction non experte au domaine des réseaux de neurones profonds avec des exemples d'application et des modèles de code prêts à appliquer et à adapter illustrant comment les réseaux de neurones convolutifs et LSTM peuvent être conçus et entraînés avec succès sur des données biologiques pour atteindre des performances de pointe dans la prédiction de (i) la localisation subcellulaire des protéines, (ii) la structure secondaire des protéines et (iii) la liaison des peptides aux molécules du complexe majeur d'histocompatibilité de classe II. Les implémentations des méthodes sont disponibles en ligne pour être utilisées par les utilisateurs finaux non experts comme modèles pour développer des modèles afin de décrire un problème d'intérêt donné https://github.com/vanessajurtz/lasagne4bio. Le code peut s'exécuter à la fois sur le processeur et sur le GPU compatible cuda. Le GPU donne une accélération de l'ordre de 100 fois.


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