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Pourquoi certains gènes d'entretien sont-ils considérés comme meilleurs ?

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Chaque fois qu'une PCR est effectuée, nous devons utiliser des gènes de ménage comme GAPDH, pour auto-normaliser les valeurs afin de tenir compte des différents ADNc/ADN de départ. Il existe maintenant de nombreux gènes différents comme la GAPDH, l'ubiquitine, l'actine, etc.

Maintenant, lorsqu'il s'agit de cellules, je peux comprendre qu'en raison de leur nature immortelle et du nombre franchement choquant de générations qu'elles ont subies, l'expression du gène de ménage peut changer.

En supposant que je n'ai pas affaire à des cellules mais à des tissus animaux, est-ce important de savoir quel gène domestique je sélectionne ? Ou en d'autres termes, la GAPDH va-t-elle me donner la même cohérence entre les échantillons que quelque chose comme l'ARN ribosomique 18s ou est-ce que je manque quelque chose de spécifique ?


Oui, c'est important. L'expression des gènes varie beaucoup selon les tissus et les conditions de vie, vous devez donc tester une variété de gènes et choisir ceux qui présentent la plus petite variation d'expression entre l'échantillon et le contrôle.

Si vous n'en trouvez pas, vous devez tester d'autres gènes à cette fin. Cette est important, car cela peut affecter gravement le résultat de votre expérience, puisque vous vous normalisez aux gènes de ménage. Si ceux-ci ne sont pas constants, cela causera des problèmes. Jetez un œil aux références, cela m'a beaucoup aidé.

Les références:

  1. Normalisation précise des données RT-PCR quantitatives en temps réel par moyennage géométrique de plusieurs gènes de contrôle interne.
  2. La normalisation des données d'expression génique dans le mélanome : étude de l'utilisation de la glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase et de l'ARN ribosomique 18S comme gènes de référence internes pour la PCR quantitative en temps réel.
  3. Normalisation des données qRT-PCR : la nécessité d'adopter une validation systématique, spécifique aux conditions expérimentales, des références.

Il faut quand même faire attention. Certains gènes très utilisés pourraient être très peu informatifs en tant que gènes d'entretien en qPCR. ACTB et GAPDH ont des tonnes de pseudogènes (gènes analogues ne produisant pas de protéines) qui peuvent interférer avec la PCR. Vous pouvez en savoir plus dans cet article (1).

Pire encore, les fragments d'amplification PCR peuvent avoir exactement la même longueur que l'amplicon ACTB, ce qui rend impossible la différenciation.

De plus, vous devez tenir compte du type de cellule/application/traitement spécifique, car certains ARNm peuvent être très constants lors du traitement A sur le type cellulaire 1, mais varient avec le traitement B ou sur le type cellulaire 2.

Je pense que le mieux serait d'utiliser plusieurs services d'entretien (3-5) et de voir comment ils se comportent les uns par rapport aux autres. Vous pouvez également utiliser le moyen de ces entretiens ménagers.

(1) Sun, Yuan et al. "Les pseudogènes en tant que faiblesses de l'ACTB (Actb) et de la GAPDH (Gapdh) utilisés comme gènes de référence dans la transcription inverse et les réactions en chaîne par polymérase." PloS one 7.8 (2012) : e41659.


Identification des gènes d'entretien ménager humains et des gènes sélectifs des tissus par méta-analyse de puces à ADN

La catégorisation des transcriptomes codant pour les protéines des tissus normaux en gènes d'entretien et en gènes sélectifs des tissus est une étape fondamentale vers les études des fonctions génétiques et des associations génétiques avec les maladies spécifiques des tissus. Les études précédentes étaient principalement basées sur quelques ensembles de données avec des échantillons limités dans chaque tissu, ce qui limitait la représentativité de leurs gènes identifiés et résultait en un faible consensus entre eux.

Résultats

Cette étude a compilé 1 431 échantillons dans 43 tissus humains normaux à partir de 104 ensembles de données de puces à ADN. Nous avons développé une nouvelle méthode pour améliorer l'évaluation de l'expression génique et montré que plus de dix échantillons sont nécessaires pour identifier de manière robuste le transcriptome codant pour la protéine d'un tissu. Nous avons identifié 2 064 gènes d'entretien ménager et 2 293 gènes sélectifs des tissus, et analysé les listes de gènes par analyse d'enrichissement fonctionnel. Les gènes de ménage sont principalement impliqués dans les fonctions cellulaires fondamentales, et les gènes sélectifs des tissus sont liés de manière frappante aux fonctions et aux maladies correspondant à l'origine tissulaire. Nous avons également comparé les accords et les fonctions associées entre nos gènes de ménage et ceux d'études précédentes, et avons souligné certaines raisons des faibles consensus.

Conclusion

Les résultats indiquent qu'un nombre suffisant d'échantillons a amélioré l'identification du transcriptome codant pour la protéine d'un tissu. Une méta-analyse complète a prouvé la haute qualité de nos gènes HK et TS identifiés. Ces résultats pourraient offrir une ressource utile pour de futures recherches sur les caractéristiques fonctionnelles et génomiques des gènes HK et TS.

Citation: Chang C-W, Cheng W-C, Chen C-R, Shu W-Y, Tsai M-L, Huang C-L, et al. (2011) Identification des gènes d'entretien ménager humain et des gènes sélectifs des tissus par méta-analyse de puces à ADN. PLoS ONE 6(7) : e22859. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0022859

Éditeur: Christian Schönbach, Institut de technologie de Kyushu, Japon

A reçu: 20 avril 2011 Accepté: 29 juin 2011 Publié : 27 juillet 2011

Droits d'auteur: © 2011 Chang et al. Il s'agit d'un article en libre accès distribué selon les termes de la licence d'attribution Creative Commons, qui permet une utilisation, une distribution et une reproduction sans restriction sur n'importe quel support, à condition que l'auteur et la source d'origine soient crédités.

Le financement: Cette étude est financée par l'Université nationale Tsing Hua, Taiwan (subvention 99H11K6, http://www.nthu.edu.tw/english/index.php). Les bailleurs de fonds n'ont joué aucun rôle dans la conception de l'étude, la collecte et l'analyse des données, la décision de publier ou la préparation du manuscrit.

Intérêts concurrents : Les auteurs ont déclaré qu'ils n'existaient pas de conflit d'intérêts.


Chromosome X

Maladie humaine liée à l'X

Les syndromes humains les plus courants associés au chromosome X sont des anomalies du nombre de chromosomes sexuels qui surviennent par non-disjonction lors de la méiose. Le syndrome de Turner survient chez environ 1 naissance de femme sur 2000 et est causé par la perte d'un chromosome entier conduisant à un caryotype XO. Pour expliquer pourquoi la présence d'un seul chromosome X est délétère chez les femelles XO mais pas chez les mâles XY, il a été proposé que le syndrome de Turner soit causé par une dose unique, et non double, d'un ou plusieurs des rares gènes qui s'échappent normalement de X-inactivation. Ceci est en accord avec l'observation selon laquelle les souris avec un caryotype XO n'ont pas de phénotype manifeste et qu'il y a moins de gènes de souris rapportés qui échappent à l'inactivation X. Un chromosome X supplémentaire est présent chez 1 homme sur 600 qui sont des patients atteints du syndrome de Klinefelter, qui ont un caryotype XXY. Plus rarement, des femelles ont également été identifiées avec des compléments XXX et XXXX. Des mutations, ou des réarrangements, dans les gènes qui sont importants dans la détermination primaire ou secondaire du sexe peuvent donner naissance à des femelles avec un complément chromosomique XY et des mâles avec un complément XX.

Des mutations dans des gènes uniques liés à l'X sont pleinement exprimées chez les hommes et donnent lieu à des troubles « liés au sexe », par exemple, la dystrophie musculaire de Duchenne qui a une incidence d'environ 1 homme sur 3 000 et le syndrome fragile de retard mental lié à l'X qui a une incidence d'environ 1 homme sur 10 000. En raison de l'inactivation aléatoire de l'un de leurs deux chromosomes X au début du développement, toutes les femelles sont des mosaïques de deux populations de cellules et le nombre relatif de cellules dans ces deux populations différera entre les individus. Souvent, les femelles hétérozygotes pour un gène muté ne sont absolument pas affectées car la population de cellules exprimant l'allèle non muté fournit une quantité suffisante de produit génique normal ou, au cours du développement ou de la différenciation de la lignée, prédomine sur la population de cellules portant l'allèle mutant. Cependant, certaines femmes porteuses de maladies «récessives» liées à l'X manifestent certains symptômes de la maladie en raison d'un biais naturel en faveur des cellules dont le X muté est le chromosome actif. Très occasionnellement, les femmes porteuses peuvent manifester la même gravité de trouble que celle observée chez les hommes. Des mutations dans les gènes liés à l'X peuvent également donner lieu à des troubles «dominants» liés à l'X que l'on ne trouve que chez les femmes et, dans ces cas, on suppose que les hommes affectés meurent avant la naissance. L'exemple le plus courant de dominant lié à l'X est le syndrome de Rett, un trouble neurologique évolutif sévère affectant environ 1 femme sur 20 000, qui a récemment été associé à des mutations du gène codant pour la protéine de liaison au méthyle-CpG.


Résultats et discussion

Dans cette section, nous présentons notre cadre comparatif pour étudier la portée et les limites de la levure en tant qu'organisme modèle pour l'étude de la biologie tissu-spécifique chez l'homme. La figure 1 illustre le résumé de haut niveau de la conception de notre étude. Nous commençons par aligner chacun des réseaux spécifiques aux tissus humains avec l'interactome de levure. Nous couplons le module d'alignement avec un nouveau modèle statistique pour évaluer l'importance de chaque alignement et l'utilisons pour déduire la similitude/dissemblance respective des réseaux spécifiques aux tissus humains avec leurs homologues correspondants dans la levure. En utilisant un réseau de similitudes tissu-tissu calculé à l'aide de leur profil transcriptionnel, nous montrons que notre alignement de réseau p-les valeurs sont cohérentes avec les groupements dérivés des signatures transcriptionnelles. Nous utilisons ce réseau de similitudes tissulaires pour identifier quatre grands groupes de tissus/types cellulaires. Ces groupes représentant les tissus cérébraux, les cellules sanguines, les tissus ganglionnaires et les tissus liés aux testicules sont également utilisés pour identifier les gènes sélectifs des tissus qui sont actifs dans chaque groupe par rapport au reste des tissus.

Résumé du flux de travail. Principaux éléments du cadre d'analyse proposé dans cet article. Chaque étape de traitement intermédiaire est discutée plus en détail dans des sous-sections distinctes

Nous divisons séparément les sous-ensembles de gènes humains d'entretien ménager et sélectifs des tissus dans les sous-sections conservées et spécifiques à l'homme. Nous fournissons une validation approfondie pour les gènes sélectifs en ce qui concerne les cellules sanguines et les tissus cérébraux. La figure 2 illustre la partition globale des gènes et de leurs sous-ensembles relatifs. Nous proposons une analyse approfondie de chacun de ces sous-ensembles et montrons que si les sous-ensembles conservés fournissent les zone de sécurité pour laquelle la levure peut être utilisée comme organisme modèle idéal, le sous-ensemble spécifique à l'homme peut faire la lumière sur la sous-espace ombré de l'interactome humain dans la levure. Ce sous-ensemble peut fournir des orientations futures pour la construction de modèles de levure humanisés.

Classification fonctionnelle des gènes humains. Un résumé de haut niveau de la classification des gènes réalisée dans cette étude

Alignement de l'interactome de levure avec des réseaux spécifiques de tissus humains

Les global l'interactome humain représente un instantané statique des interactions physiques potentielles qui pouvez se produisent entre des paires de protéines. Cependant, il ne fournit aucune information concernant les caractéristiques spatio-temporelles des interactions protéiques réelles. Ces interactions doivent être complétées par une dynamique le contexte, telles que les mesures d'expression, pour aider à interpréter le recâblage cellulaire dans différentes conditions.

Bossi et Lehner [57] ont superposé le niveau d'expression de l'ARNm de chaque transcrit (transcriptome) dans différents tissus humains [58] au-dessus du global l'interactome humain, intégré à partir de 21 bases de données PPI, et construit un ensemble de 79 réseaux de référence spécifiques aux tissus. Nous adoptons ces réseaux et alignons chacun d'eux séparément sur l'interactome de levure que nous avons construit à partir de la base de données BioGRID.

Afin de comparer ces réseaux spécifiques aux tissus humains avec l'interactome de la levure, en tenant compte à la fois de la similarité de séquence des protéines et de la topologie de leurs interactions, nous utilisons une méthode d'alignement de réseau clairsemée récemment proposée, basée sur l'approche de propagation de croyance (BP). Cette méthode est décrite dans la section « Matériaux et méthodes » [59].

Les gènes, et leurs protéines correspondantes, ne fonctionnent pas isolément, ils forment un réseau complexe d'interactions entre des voies biochimiques couplées afin de jouer leur(s) rôle(s) dans la modulation de la machinerie cellulaire. De plus, chaque protéine peut être impliquée dans de multiples voies pour exécuter un ensemble diversifié de fonctions. L'utilisation d'une approche d'alignement de réseau pour projeter ces voies à travers les espèces nous permet de considérer non seulement leur dynamique de premier ordre, via la co-expression de paires de protéines homologues, mais également le contexte dans lequel elles sont exprimées.

Pour construire l'espace d'état des paires homologues potentielles, nous alignons toutes les séquences de protéines chez l'homme et la levure et pré-filtrer les résultats avec une similarité de séquence E-valeurs supérieures à 10. Pour les gènes avec plusieurs isoformes de protéines, nous ne stockons que le hit le plus significatif. En utilisant ces homologies au niveau de la séquence, nous construisons une matrice L qui code les similitudes de séquences par paires entre les protéines de levure et humaines. Entrées dans la matrice L peuvent être considérés comme des poids de bord pour un graphe bipartite reliant les gènes humains d'un côté, et les gènes de levure, de l'autre côté. Nous utilisons cette matrice pour restreindre l'espace de recherche de la méthode d'alignement de réseau BP.

Paramètres ?? et ??(=1−??) contrôlent le poids relatif de la similarité de séquence (mis à l'échelle par ??) par rapport à la conservation topologique (mise à l'échelle par ??) dans l'alignement du réseau BP. À l'aide d'un ensemble de simulations préliminaires alignant l'interactome humain global avec ses sous-réseaux tissu-spécifiques, pour lesquels nous avons le vrai alignement, avec différents choix de ?? dans la plage de 0,1 à 0,9, nous identifions les choix de (alpha =frac <1><6>) et (eta =frac <5><6>) pour obtenir les meilleurs résultats dans notre expériences. Nous utilisons le même ensemble de paramètres pour aligner chaque réseau tissu-spécifique avec l'interactome de levure, car il fournit une contribution équilibrée des similitudes de séquence et du nombre de bords conservés. L'ensemble final de tous les alignements est disponible en téléchargement en tant que fichier supplémentaire 1

Étudier les rôles des gènes de ménage et leur conservation à travers les espèces

Les gènes de ménage comprennent un sous-ensemble de gènes humains qui sont exprimés universellement dans tous les tissus et sont responsables du maintien des fonctions cellulaires essentielles nécessaires à tous les tissus, y compris la traduction, le traitement de l'ARN, le transport intracellulaire et le métabolisme énergétique [60-62]. Ces gènes sont soumis à une pression sélective plus forte que les gènes spécifiques aux tissus et évoluent plus lentement [63]. En tant que tel, nous nous attendons à voir un niveau de conservation plus élevé parmi les gènes d'entretien ménager humains par rapport aux gènes de levure. Nous nous référons au sous-ensemble le plus conservé de gènes d'entretien entre les humains et la levure, calculé en utilisant l'alignement de réseau de réseaux spécifiques aux tissus avec le réseau de levure, comme le coeur gènes.

Nous identifions un gène comme domestique s'il est exprimé dans tous 79 tissus. Nous identifions un total de 1 540 gènes qui constituent la section partagée des réseaux spécifiques aux tissus humains. Ces gènes, bien qu'ayant un ensemble similaire d'interactions entre eux, sont connectés différemment à l'ensemble de gènes sélectifs des tissus.

En utilisant les partenaires d'alignement de tous les gènes de ménage dans l'interactome de levure, nous construisons un tableau de cohérence d'alignement de taille 1 540 × 79, qui résume les alignements de réseau sur la sous-section partagée des réseaux spécifiques aux tissus. Ensuite, nous utilisons la méthode du vote majoritaire pour classer les gènes de ménage comme coeur, qui sont conservés dans la levure, spécifique à l'homme, qui sont systématiquement non alignés à travers les tissus humains, et non classé, pour lequel nous n'avons pas suffisamment de preuves pour le classer dans l'un des deux premiers cas.

Les alignements de réseau sont bruyants et contiennent à la fois des faux positifs (définis comme des paires alignées qui ne sont pas fonctionnellement liées), ainsi que des faux négatifs (paires d'orthologues fonctionnels qui manquent dans l'alignement). Ces erreurs peuvent provenir de différentes sources, y compris les données d'expression génique (erreurs de nœud), l'interactome (erreurs de bord) ou la procédure d'alignement (erreurs de cartographie). Nous proposons une méthode basée sur le vote majoritaire sur différents alignements pour (partiellement) tenir compte de ces erreurs. Étant donné un ensemble d'alignements de réseau, nous considérons une paire d'entités alignées de manière cohérente (soit appariées ou non appariées) si elles sont cohérentes dans au moins 100 ?? % des alignements dans l'ensemble. Le paramètre ??, appelé le taux de consensus, détermine le niveau de désaccord accepté entre les différents alignements. Une valeur plus élevée du taux de consensus augmente la précision de la méthode au prix d'une diminution de la sensibilité. Afin de sélectionner le paramètre de taux de consensus optimal, nous avons essayé des valeurs dans la plage [0,5−1,0] avec des incréments de (frac <1><2>) . Nous avons identifié le choix des paramètres de ??= 0,9, ce qui équivaut à 90 % d'accord entre les tissus alignés, pour obtenir les meilleurs résultats dans la classification des gènes spécifiques à l'homme et conservés, tout en gardant les ensembles bien séparés. En utilisant cette approche, nous avons pu tri-partitionner 1 540 gènes domestiques en 595 gènes conservés, 441 gènes spécifiques à l'homme et 504 gènes non classés, respectivement. La liste complète de ces gènes est disponible en téléchargement en tant que fichier supplémentaire 2.

Afin d'étudier le sous-réseau conservé des gènes centraux, nous construisons leur graphe d'alignement en tant que produit de Kronecker du sous-graphe induit par les gènes centraux dans l'interactome humain et son sous-graphe aligné correspondant chez la levure. Les bords conservés dans ce réseau correspondent à des interologues, c'est-à-dire à des paires orthologues de protéines en interaction entre la levure et l'homme [64]. Le graphique d'alignement final des principaux gènes d'entretien est disponible en téléchargement en tant que fichier supplémentaire 3.

La figure 3 montre la plus grande composante connexe de ce graphe d'alignement construit. Nous avons appliqué l'algorithme de clustering de réseau MCODE [65] sur ce graphique pour identifier des régions hautement interconnectées correspondant à des complexes protéiques putatifs. Nous avons identifié cinq groupes principaux, qui sont codés par couleur sur le graphique d'alignement, et sont présentés séparément sur les panneaux adjacents. Le ribosome est le plus grand groupe central identifié dans le graphique d'alignement des gènes centraux et, avec le protéasome et le spliceosome, constitue les trois complexes les plus conservés dans le graphique d'alignement. Ce complexe est fortement interconnecté aux eIF, pour moduler l'initiation de la traduction eucaryote, ainsi que le protéasome, qui contrôle la dégradation des protéines. Collectivement, ces complexes régulent le renouvellement des protéines et maintiennent un équilibre entre la synthèse, la maturation et la dégradation des protéines cellulaires.

Graphique d'alignement des principaux gènes humains. Bords conservés dans le graphe d'alignement des gènes de ménage de base, qui correspondent aux « interologues », c'est-à-dire aux paires orthologues de protéines en interaction entre la levure et l'homme. Cinq principaux groupes de protéines, identifiés comme des régions denses d'interaction dans le graphique d'alignement, sont marqués en conséquence et annotés avec leur annotation fonctionnelle dominante comme suit : une Ribosomes, b Traitement de pré-ARNm contenant des introns coiffés, c Protéasome, vATPase, e Initiation de la traduction dépendante du cap

Afin d'analyser plus en détail les rôles fonctionnels de ces gènes de ménage, nous utilisons le package g:Profiler [66] R pour identifier les termes fortement surreprésentés. Parmi les classes fonctionnelles, nous nous concentrons sur les processus biologiques de l'ontologie génique (GO), à l'exclusion des annotations électroniques, des voies KEGG et des complexes protéiques CORUM pour fournir un ensemble diversifié de rôles fonctionnels. Nous utilisons la procédure Benjamini-Hochberg pour contrôler le taux de fausses découvertes (FDR), avec p-valeur seuil de ??= 0,05, et éliminer tous les termes enrichis de plus de 500 gènes pour élaguer les termes trop génériques. À l'aide de cette procédure, nous identifions des termes fonctionnels enrichis pour les sous-ensembles essentiels et spécifiques à l'homme de gènes d'entretien. La liste complète des fonctions enrichies pour différentes classes de gènes d'entretien est disponible en téléchargement en tant que fichier supplémentaire 4.

Nous regroupons manuellement les termes les plus significatifs (p-valeur ≤10 −10 ) dans les gènes centraux, ce qui se traduit par cinq classes fonctionnelles principales, à savoir la biogenèse des ribosomes, la traduction, le ciblage des protéines, l'épissage de l'ARN et la surveillance de l'ARNm. Tout d'abord, nous observons une correspondance biunivoque entre les termes enrichis et les complexes putatifs identifiés correspondant à l'initiation de la traduction (p-valeur =7.1 ∗ 10 −17 ) et ribosome (p-valeur =5,97 10 -11 ). De plus, la terminaison de la traduction et l'allongement sont également enrichis avec des niveaux de signification décroissants. De plus, ces processus sont étroitement liés au ciblage des protéines co-traductionnelles dépendantes de la SRP (p-valeur =2,7 10 −15 ). Ceci, à son tour, suggère que la synthèse des protéines est l'un des aspects les plus conservés des cellules eucaryotes. Ensuite, nous notons que les deux ARNm épissage (p-valeur =7.04 ∗ 10 −10 ) et la désintégration induite par le non-sens (p-valeur = 4,66 ∗ 10 −16 ) sont également enrichis parmi les termes fonctionnels les plus significatifs, ce qui soutient notre hypothèse antérieure liée au rôle de l'épissage dans le graphe d'alignement des gènes centraux. Enfin, nous constatons que le terme fonctionnel le plus significatif, ainsi que quelques autres termes connexes, sont impliqués dans l'infection virale, ce qui suggère qu'un (sous-ensemble des) gènes centraux fournit un passerelle virale aux cellules de mammifères. Cela peut s'expliquer à la lumière de deux faits : i) les organismes viraux dépendent de la machinerie hôte pour leurs fonctions cellulaires clés, et ii) les gènes d'entretien sont plus anciens que les gènes sélectifs des tissus, et les gènes de base fournissent le sous-ensemble le plus conservé de ceux-ci. gènes de ménage. En tant que tels, ces gènes peuvent contenir des domaines d'interaction protéique plus conservés et être structurellement plus « familiers » en tant que partenaires d'interaction pour les protéines virales et fournir des candidats idéaux pour prédire les interactions hôte-protéine pathogène.

Ensuite, nous effectuons une procédure similaire pour les gènes d'entretien ménager spécifiques à l'homme. Ce sous-ensemble, contrairement aux gènes centraux, est principalement enrichi de termes liés au développement de la structure anatomique et à la communication de cellule à cellule proximale (signalisation paracrine), à ​​l'exception du complexe I de la chaîne de transport d'électrons, qui est le terme identifié le plus fort. Cette NADH-quinone oxydoréductase est le plus grand des cinq complexes enzymatiques de la chaîne respiratoire des cellules de mammifères. Cependant, ce complexe n'est pas présent dans les cellules de levure et a été remplacé par une seule sous-unité NADH déshydrogénase codée par le gène NDI1. La déficience du complexe I a été associée à divers troubles humains, notamment la maladie de Parkinson et la maladie de Huntington. La transfection de cellules défectueuses du complexe I avec la levure NDI1 comme agent thérapeutique a été proposée comme une approche réussie pour sauver les défauts du complexe I [67, 68]. Cette technique, également appelée Thérapie NDI1, ouvre de toutes nouvelles manières par lesquelles la levure peut contribuer à la recherche et au développement sur les maladies humaines : non seulement la levure peut être utilisée comme organisme modèle, mais elle peut également fournir des candidats pouvant être utilisés pour la thérapie génique dans les cellules de mammifères.

Une observation clé ici est que le sous-ensemble de gènes d'entretien ménager spécifique à l'homme est non seulement associé à moins de termes fonctionnels, mais est également associé de manière moins significative à ces termes. Cet effet peut être attribué à deux facteurs. Premièrement, nous notons que certains des gènes prédits comme spécifiques à l'homme pourraient être un artefact de la méthode. Par exemple, la méthode de propagation de croyance (BP) impose la similarité de séquence comme condition nécessaire, mais non suffisante, pour qu'une paire de gènes soit alignée, ce qui signifie que tout gène humain sans similarité de séquence avec les gènes de levure ne sera pas aligné, résultant dans les gènes étant artificiellement classés comme spécifiques à l'homme. Deuxièmement, et plus important encore, la majorité des annotations fonctionnelles des gènes humains sont initialement attribuées à d'autres espèces, en particulier la levure, et transférées à travers les groupes orthologues. Sur la base de notre construction, les gènes spécifiques à l'homme sont définis comme le sous-ensemble de gènes d'entretien sans orthologie avec la levure. En tant que tel, on peut s'attendre à ce que ces gènes couvrent le sous-espace ombré de l'espace fonctionnel des gènes humains qui est sous-annoté.

Quantification de la similarité des tissus humains avec la levure

Les gènes d'entretien sont partagés dans tous les tissus humains et types de cellules. Ils fournissent un ensemble conservé de fonctions qui sont fondamentales pour l'homéostasie cellulaire. Cependant, ces gènes ne donnent pas un aperçu direct de la façon dont les différents tissus utilisent ces fonctions clés pour présenter leurs caractéristiques dynamiques et spécifiques aux tissus. Pour évaluer la similitude de chaque tissu avec la levure, nous proposons un nouveau modèle statistique, appelé modèle aléatoire tissu-spécifique (TRAM), qui prend en compte la nature omniprésente des gènes de ménage et imite la structure topologique des réseaux spécifiques aux tissus (veuillez consulter la section « Matériaux et méthodes » pour les détails du modèle aléatoire).

Nous utilisons le score d'alignement de chaque paire tissu-levure comme fonction objectif. Pour évaluer l'importance de chaque score d'alignement, nous utilisons une méthode de simulation Monte Carlo pour échantillonner à partir de la distribution de probabilité sous-jacente des scores d'alignement.

Pour chaque réseau spécifique à un tissu, nous échantillonnons (k_<oldsymbol >> = 10 000) tissus pseudo-aléatoires de la même taille de TRAM, alignez-les séparément avec l'interactome de levure et calculez le nombre de bords conservés et la similarité de séquence des paires de protéines alignées en tant que statistiques d'alignement, afin de calculer le p-valeurs. Pour chaque alignement de réseau, nous calculons un topologique, une homologique (basé sur une séquence) et un mixte (score d'alignement) p-valeur. De plus, nous utilisons des cas dans lesquels la qualité d'alignement est significativement meilleure dans l'alignement tissulaire d'origine, à la fois en termes de séquence et de topologie, pour quantifier un borne supérieure sur l'alignement p-valeurs. Inversement, les cas dans lesquels ces deux mesures sont améliorées dans les échantillons aléatoires peuvent être utilisés pour définir un borne inférieure sur l'alignement p-valeur. La table finale d'alignement p-values ​​est disponible en téléchargement en tant que fichier supplémentaire 5.

Tout d'abord, nous notons que tous les tissus avec une mixte p-les valeurs ont également à la fois une topologie et une homologie significatives (basées sur la séquence) p-valeurs. Pour une majorité de tissus à faible mixte p-valeurs, on observe encore des valeurs homologiques significatives, mais topologiques non significatives p-valeurs. Nous résumons les tissus les plus et les moins similaires à la levure en appliquant un seuil de ?? je=?? vous=10 −2 au p-valeur limites supérieure et inférieure, respectivement. En utilisant le p-value borne supérieure ( (Delta _<oldsymbol >>) ) de 10 −2 , nous identifions un total de 23 tissus sur 79 présentant une forte similarité avec la levure. Ceux-ci sont répertoriés dans le tableau 1. Parmi eux, les cellules sanguines présentent systématiquement une signification élevée, sans même une seule instance de 10 000 échantillons ayant soit le poids d'alignement ou le chevauchement des bords de l'échantillon aléatoire dépassant l'alignement d'origine. De même, les lignées cellulaires immunitaires et les tissus reproducteurs mâles montrent également un alignement significatif p-valeurs, mais avec des scores de fiabilité inférieurs. Inversement, il y a 19 tissus sur 79 qui ont (delta _<oldsymbol >> > 10^<-2>) . Ce sont les moins semblables à la levure. Parmi ces tissus, répertoriés dans le tableau 2, les tissus ganglionnaires présentent systématiquement le moins de similitude avec la levure. Une observation intéressante est que les tissus et les types de cellules à chaque extrémité du tableau (les plus ou les moins similaires) ont généralement des scores de fiabilité très élevés, c'est à la fois leur topologie et leur homologie p-les valeurs sont cohérentes.

Identifier des groupes de tissus cohérents

Ensuite, nous étudions la corrélation entre la similitude des tissus humains entre eux et son lien avec leur alignement correspondant. p-valeurs avec la levure afin de mieux comprendre la transitivité de cette relation. Nous nous attendons à ce que des tissus similaires présentent un alignement cohérent p-valeurs, résultant en des groupes de tissus homogènes avec des scores d'alignement cohérents.

À cette fin, nous construisons d'abord un réseau de similarités tissu-tissu (TTSN) en utilisant le transcriptome global des tissus humains du GNF Gene Atlas, comprenant 44 775 transcrits humains couvrant à la fois des gènes connus, prédits et mal caractérisés. Pour chaque paire de tissus/types cellulaires, nous calculons un score de similitude en utilisant la corrélation de Pearson de leurs signatures transcriptionnelles et utilisons le 90e centile des scores de similitude pour sélectionner les paires les plus similaires. Nous annotons chaque nœud du TTSN avec son alignement correspondant p-valeur comme mesure de similarité avec l'interactome de levure. Cette méta-analyse nous permet d'étudier comment les mesures linéaires de l'activité gène/protéine se projettent dans l'espace des interactions protéiques, afin de recâbler l'interactome sous-jacent dans chaque tissu humain.

La figure 4 présente le réseau final. Dans ce réseau, chaque nœud représente un type de tissu/cellule humain et chaque bord pondéré illustre l'étendue de la similitude transcriptionnelle globale entre les paires de tissus. Ce réseau est filtré pour n'inclure que les paires de tissus avec le plus grand chevauchement les unes avec les autres. Afin d'attribuer une couleur à chaque nœud, nous utilisons z-normalisation du score sur l'alignement transformé en log mixte p-valeurs. Les nœuds verts et rouges correspondent à la plage très positive et très négative de z-scores, qui représentent des tissus similaires et dissemblables à la levure, respectivement.

Projection de l'alignement p-valeurs sur le réseau de similitudes tissu-tissu. Chaque nœud représente un tissu humain et les bords représentent la similitude transcriptionnelle globale entre eux. L'intensité de la couleur des nœuds représente la similitude/dissemblance de chaque tissu avec l'interactome de levure, les couleurs verte et rouge correspondant respectivement aux tissus similaires et dissemblables. Groupe de tissus similaires avec cohérent p-les valeurs sont marquées et annotées dans le réseau, en conséquence

L'analyse préliminaire de ce réseau indique que l'alignement p-valeur des tissus est fortement corrélée avec leur chevauchement transcriptionnel global. De plus, ces interactions de haut niveau coïncident les unes avec les autres et relèvent de groupes avec des modèles cohérents. Nous avons identifié manuellement quatre de ces groupes et les avons annotés séparément dans le réseau. Ces groupes correspondent au tissu cérébral, aux cellules sanguines, aux tissus ganglionnaires et aux tissus des testicules. Parmi ces groupes, les cellules sanguines et les tissus des testicules présentent une similitude constante avec la levure, tandis que les tissus du cerveau et des ganglions présentent une dissemblance constante.

L'existence d'un groupe homogène de tissus présentant une similitude constante avec la levure suggère une machinerie sous-jacente conservée dans ces groupes. Cela soulève la question de ce qui est systématiquement aligné au sein de chaque groupe de tissus et comment cela se rapporte à l'alignement calculé p-valeurs? Nous abordons cette question et la relions à l'apparition de pathologies spécifiques aux tissus dans les sous-sections restantes.

Disséquer les gènes tissu-sélectifs en ce qui concerne leur conservation

Dans cette sous-section, nous étudions le sous-ensemble de gènes non domestiques dans chaque groupe homogène de tissus humains et les divisons en ensembles de gènes et leurs voies correspondantes qui sont soit conservées dans la levure, soit spécifiques à l'homme. Ensuite, nous analysons comment ces voies contribuent à la similitude/dissemblance globale des tissus humains avec la levure.

La figure 5 présente la fonction de densité de probabilité pour la distribution d'appartenance des gènes non domestiques dans différents tissus humains. La distribution bimodale observée suggère que la plupart des gènes non domestiques sont exprimés dans un très petit nombre de tissus sélectionnés ou dans la majorité des tissus humains. Nous l'utilisons pour partitionner l'ensemble des gènes exprimés non domestiques, dans le but d'identifier les gènes qui sont exprimés sélectivement dans chaque groupe de tissus humains.

Distribution des membres des gènes non domestiques dans les tissus humains. Le nombre de tissus dans lesquels les gènes non domestiques sont exprimés est lissé à l'aide de la densité du noyau gaussien. La distribution bimodale observée suggère que la plupart des gènes non domestiques sont exprimés dans quelques tissus sélectionnés ou dans la majorité des tissus humains.

On commence par tout gènes non domestiques exprimés dans chaque groupe de tissus, c'est-à-dire les gènes qui sont exprimés dans au moins l'un des membres du tissu. Ensuite, afin d'identifier le sous-ensemble de gènes exprimés qui sont sélectivement exprimé dans chaque groupe, nous utilisons le valeur p de la sélectivité tissulaire de chaque gène. Dans cette formulation, un gène est identifié comme exprimé sélectivement s'il est exprimé dans un nombre significativement plus élevé de tissus dans le groupe donné que dans des sous-ensembles de tissus sélectionnés au hasard de la même taille (voir la section « Matériaux et méthodes » pour plus de détails). La figure 6 illustre la distribution de la sélectivité tissulaire p-valeurs des gènes exprimés par rapport à quatre groupes principaux sur la figure 4. Chacun de ces graphiques présente une caractéristique bimodale similaire à la fonction de distribution des membres de la figure 5. Cela peut s'expliquer par le fait que la distribution des membres est un mélange distribution, les composants sous-jacents étant la même distribution pour le sous-ensemble de gènes qui sont exprimés dans différents groupes de tissus. Nous utilisons les points critiques du p-valeurs distributions au seuil pour les gènes sélectifs des tissus. La motivation derrière notre choix est que ces points fournissent des changements dans la distribution sous-jacente, des gènes sélectifs des tissus aux gènes ubiquistes. Compte tenu des caractéristiques bimodales de ces distributions, elles ont toutes trois points critiques, le premier que nous utilisons comme point de coupure. Cela fournit la plus haute précision pour les gènes de sélectivité tissulaire déclarés, mais un rappel plus faible que les deux autres choix.

Distribution de la sélectivité tissulaire p-valeurs dans différents groupes de tissus. une Tissus cérébraux, b Cellules sanguines, c tissus ganglionnaires, Tissus testiculaires. Chaque parcelle ressemble à la même distribution bimodale que la densité d'appartenance gène-tissu, les cellules sanguines et les tissus cérébraux présentant la séparation la plus nette des gènes sélectifs des tissus. Les points critiques de chaque fonction de distribution, où la dérivée de la fonction pdf est approximativement nulle, sont marqués sur chaque tracé. Ces points fournissent des points de coupure optimaux pour la sélectivité tissulaire p-valeurs car elles marquent les points de changement dans la fonction de distribution sous-jacente

Après avoir identifié le sous-ensemble de gènes sélectifs des tissus par rapport à chaque groupe de tissus, nous utilisons le schéma de vote majoritaire pour tri-partitionner ces ensembles en fonction de leur cohérence d'alignement avec la levure. Semblable à la procédure que nous avons utilisée pour tri-partitionner les gènes de ménage, nous avons essayé différents choix de paramètres de taux de consensus de 50 à 100 % avec des incréments de 5 %. Le pourcentage de gènes non classés diminue linéairement avec le taux de consensus, tandis que les portions relatives de gènes spécifiques à l'homme/conservés restent les mêmes. Nous avons choisi 90 % pour nos résultats finaux, car cela laisse le moins de gènes non classés, tout en gardant bien séparés les gènes spécifiques à l'homme et conservés. L'ensemble de tous les gènes spécifiques aux tissus est disponible en téléchargement en tant que fichier supplémentaire 6.

Le tableau 3 présente le nombre de gènes exprimés, de gènes exprimés sélectivement et le pourcentage de gènes sélectifs des tissus qui sont conservés, spécifiques à l'homme ou non classés dans chaque groupe de tissus. Il existe une relation similaire entre le rapport de gènes conservés/spécifiques à l'homme au sein de chaque groupe de tissus et leur alignement p-valeurs, suggérant que l'alignement p-les valeurs sont fortement corrélées avec la conservation des gènes de sélectivité tissulaire et leurs voies correspondantes. La figure 7 illustre les tailles relatives de chaque sous-ensemble de gènes identifiés dans cette étude.

Résumé des classifications des gènes dans cette étude. Les gènes d'entretien ménager et sélectifs des tissus, dans quatre groupes principaux de tissus humains, sont classés en trois classes principales en fonction de leur conservation dans la levure

Les gènes conservés et leurs voies correspondantes constituent le sous-espace fonctionnel dans lequel nous pouvons utiliser la levure comme organisme modèle approprié pour étudier la physiologie et la physiopathologie spécifiques aux tissus. D'autre part, les gènes spécifiques à l'homme fournissent un ensemble complémentaire qui peut être utilisé pour construire ingénierie tissulaire modèles de levure humanisés. Ils fournissent également des candidats prometteurs pour les thérapies géniques tissu-spécifiques d'une manière similaire à la thérapie NDI1, dans les cas où un mécanisme fonctionnel alternatif peut être trouvé dans la levure. Pour étudier plus avant ces sous-ensembles, nous nous concentrons sur les cellules sanguines et les tissus cérébraux, qui illustrent la séparation la plus claire entre leurs gènes sélectifs des tissus et conservés dans leur distribution TSS, et les soumettons à une analyse fonctionnelle plus approfondie dans les sous-sections suivantes.

Élucider les rôles fonctionnels des gènes sélectifs du cerveau et du sang

Nous utilisons g:ProfileR sur des gènes spécifiques à l'homme et conservés pour identifier leurs fonctions enrichies. La liste complète des fonctions enrichies est disponible en téléchargement en tant que fichier supplémentaire 7. Ces deux sous-ensembles partagent de nombreux termes communs, en raison de l'antériorité sous-jacente des deux sous-ensembles de gènes sélectifs des tissus. Pour analyser comparativement ces fonctions et les classer en fonction de leur spécificité humaine, nous utilisons le log de p-Rapports de valeur entre les gènes spécifiques à l'homme et conservés pour filtrer les termes qui sont au moins dans un enrichissement de 2 fois. Nous nous concentrons sur les processus biologiques GO, les voies KEGG et les complexes protéiques CORUM et supprimons tous les ensembles de gènes contenant plus de 500 gènes pour filtrer les termes trop génériques. Enfin, pour regrouper ces termes et fournir une représentation visuelle de l'espace fonctionnel des gènes, nous utilisons EnrichmentMap (EM) [69], un plug-in récent de Cytoscape [70], pour construire un réseau (carte) des termes enrichis. . Nous utilisons le rapport logarithmique de p-values ​​pour colorer chaque nœud du graphique. Les figures 8 et 9 illustrent la carte d'enrichissement finale des fonctions sélectives de sang et de sélection cérébrale uniques et spécifiques à l'homme, respectivement.

Carte d'enrichissement des fonctions uniques de sélection sanguine.Chaque nœud représente un terme fonctionnel et l'épaisseur des bords correspond à l'étendue du chevauchement entre les termes. L'ensemble de fonctions conservé et spécifique à l'homme est codé par couleur par les couleurs verte et rouge, respectivement. L'intensité de couleur des nœuds représente l'enrichissement des termes. Les termes associés sont marqués et annotés dans la carte d'enrichissement

Carte d'enrichissement de fonctions cérébrales sélectives uniques. Chaque nœud représente un terme fonctionnel et l'épaisseur des bords correspond à l'étendue du chevauchement entre les termes. L'ensemble de fonctions conservé et spécifique à l'homme est codé par couleur par les couleurs verte et rouge, respectivement. L'intensité de couleur des nœuds représente l'enrichissement des termes. Les termes associés sont marqués et annotés dans la carte d'enrichissement

Les fonctions sélectives du sang conservées, illustrées sur la figure 8a, sont principalement enrichies de termes liés à la réplication de l'ADN, à la croissance cellulaire et à la préparation de la cellule pour le cycle cellulaire. Parmi ces termes, la réplication de l'ADN est étroitement liée à la fois à la réparation de l'ADN et à la maintenance des télomères. La maintenance des télomères, en particulier via l'enzyme télomérase, est l'une des fonctions cellulaires connues pour être conservées chez la levure, mais uniquement active dans un sous-ensemble sélectionné de tissus humains et de types cellulaires différenciés, y compris les cellules souches hématopoïétiques et les tissus reproducteurs mâles [71]. Les termes fonctionnels impliqués dans les changements de conformation de l'ADN, y compris le complexe de condensine, ainsi que la transition de phase du cycle cellulaire, en particulier des phases G1 à S, sont deux autres groupes de termes fonctionnels conservés qui sont hautement conservés de la levure à l'homme. D'autre part, les fonctions sélectives du sang spécifiques à l'homme, illustrées sur la figure 8b, sont principalement impliquées dans la prolifération et l'activation des lymphocytes. Les termes de ces deux groupes sont également étroitement liés les uns aux autres et forment ensemble un groupe plus large. De plus, la production de cytokines et la cytotoxicité médiée par les lymphocytes T présentent également des caractéristiques spécifiques à l'homme et sélectives pour le sang. Ceci est en partie attendu, car ces fonctions sont des fonctions hautement spécialisées des cellules immunitaires qui sont développées en particulier chez l'homme pour assurer sa survie dans des conditions moins favorables.

La figure 9a montre l'espace fonctionnel des fonctions sélectives du cerveau conservées. Beaucoup de ces termes correspondent à divers aspects du développement du cerveau, y compris le développement du bulbe olfactif, du télencéphale, du pallium et du cortex cérébral, ainsi que le circuit régulateur qui contrôle le développement du système nerveux. Compte tenu de la nature unicellulaire de la levure, les mécanismes exacts dans lesquels les orthologues de ces voies modulent la machinerie cellulaire de la levure sont moins étudiés. Une analyse approfondie pour identifier les phénologues correspondants peut nous aider à utiliser la levure pour étudier divers troubles liés au développement du cerveau. Un autre aspect fonctionnel qui présente une conservation élevée est le complexe mTOR 2. La cible de la signalisation de la rapamycine (TOR) est une voie hautement conservée, qui forme deux complexes protéiques structurellement distincts, mTORC1 et mTORC2. Le premier complexe a un rôle central dans la détection des nutriments et la croissance cellulaire, et en tant que tel, a été largement utilisé pour étudier l'extension de la durée de vie médiée par la restriction calorique (RC). D'autre part, mTORC2 a été récemment proposé pour moduler la consolidation de la mémoire à long terme [72]. La biosynthèse et le transport du cholestérol sont un autre aspect fonctionnel conservé qui diffère considérablement des autres tissus humains. En tant qu'organe le plus riche en cholestérol du corps, l'expression des gènes correspondant aux récepteurs des lipoprotéines et aux apolipoprotéines est étroitement régulée entre les différentes cellules cérébrales et joue un rôle important dans le développement normal du cerveau. La dérégulation de ces voies métaboliques est impliquée dans divers troubles neurologiques, comme la maladie d'Alzheimer [73]. Enfin, la structure microtubulaire et la polymérisation de la tubuline montrent également une conservation importante et sont connues pour jouer un rôle clé dans le développement du cerveau [74]. Ces protéines du cytosquelette ont récemment été associées à des pathologies cérébrales spécifiques, dont l'épilepsie [75].

Enfin, nous étudions les fonctions cérébrales spécifiques à l'homme, qui sont illustrées à la figure 9 b. L'un des aspects fonctionnels clés de ce groupe est la voie de signalisation sémaphorine-plexine. Cette voie a été initialement caractérisée en fonction de son rôle dans la maturation de la structure anatomique du cerveau, en particulier via le guidage axonal répulsif, mais s'est ensuite révélée essentielle pour la morphogenèse d'un large éventail de systèmes organiques, y compris les organes sensoriels et le développement osseux [76 ]. Une autre voie de signalisation spécifique à l'homme identifiée dans le cerveau est la voie de signalisation du récepteur du glutamate, qui interagit également avec l'entraînement circadien, ainsi qu'avec la transmission neurone-neurone. Cette voie joue un rôle essentiel dans la plasticité neuronale, le développement neuronal et la neurodégénérescence [77]. Il a également été associé à des maladies cérébrales chroniques, telles que la schizophrénie, ainsi qu'à des troubles neurodégénératifs, tels que la maladie d'Alzheimer [78].

Les gènes conservés et spécifiques à l'homme jouent un rôle important dans les pathologies spécifiques aux tissus. De plus, ces gènes, qui sont enrichis de fonctions de régulation et de signalisation, interagissent avec des gènes d'entretien pour contrôler la réponse cellulaire à divers facteurs. En tant que tel, une image complète de l'apparition, du développement et de la progression de la maladie ne peut être obtenue que d'un point de vue systémique. Dans cette perspective, nous étudions non seulement les gènes (ou leurs états) qui sont fréquemment altérés dans la maladie, mais aussi les voies sous-jacentes spécifiques aux tissus et domestiques dans lesquelles ils interagissent pour présenter le ou les phénotypes observés. Dans la sous-section suivante, nous approfondissons cette hypothèse. Nous étudions le potentiel de différents sous-ensembles des gènes sélectifs des tissus identifiés pour prédire les pathologies spécifiques des tissus.

Évaluer l'importance des pathologies spécifiques aux tissus parmi les gènes sélectifs des tissus conservés et spécifiques à l'homme

Pour approfondir l'étude du pouvoir prédictif des gènes tissu-sélectifs pour les pathologies humaines, nous utilisons le base de données des associations génétiques (GAD) les annotations de la maladie comme notre étalon-or [79]. Cette base de données recueille des associations gène-maladie à partir d'études d'association génétique. De plus, chaque maladie a été affectée à l'une des 19 classes de maladies différentes dans la base de données GAD. Nous utilisons l'outil d'annotation fonctionnelle DAVID pour l'analyse de l'enrichissement de la maladie des gènes sélectifs des tissus [80].

Premièrement, nous cherchons à identifier quelles classes de maladies sont significativement enrichies parmi chaque ensemble de gènes sélectifs des tissus. Le tableau 4 montre les classes de maladies enrichies dans chaque groupe de gènes sélectifs du cerveau et du sang. Les gènes sélectifs du sang conservés sont principalement enrichis de cancers, tandis que les gènes sélectifs du sang spécifiques à l'homme sont principalement associés aux troubles immunitaires. Cela peut être lié à nos résultats précédents indiquant que le sous-ensemble conservé est principalement impliqué dans la régulation de la croissance, la réplication de l'ADN et le cycle cellulaire, tandis que les gènes spécifiques à l'homme sont principalement impliqués dans la prolifération et l'activation des lymphocytes. À l'inverse, les gènes sélectifs du cerveau présentent des similitudes plus élevées en termes de classes de maladies qu'ils peuvent prédire. Les gènes sélectifs du cerveau conservés et spécifiques à l'homme peuvent prédire les troubles psychiatriques, mais le sous-ensemble spécifique à l'homme semble être un prédicteur plus précis. D'un autre côté, les troubles neurologiques ne sont enrichis que dans un sous-ensemble de gènes sélectifs du cerveau spécifiques à l'homme, tandis que les troubles classés comme pharmacogénomiques et chimiodépendances montrent un enrichissement plus élevé en gènes conservés.

Pour résumer les troubles spécifiques qui sont enrichis dans chaque sous-ensemble de gènes sélectifs du cerveau, nous intégrons toutes les maladies identifiées et les classons en fonction de leur enrichissement p-valeur, si elle n'est enrichie que dans un seul ensemble, ou leur plus significatif p-value, si elle est enrichie dans les deux ensembles. Le tableau 5 montre les dix principaux termes de maladie enrichis en gènes spécifiques à l'homme ou conservés sélectifs pour le cerveau. Dans la majorité des cas, les gènes spécifiques à l'homme sont plus significativement associés à des pathologies spécifiques au cerveau que les gènes conservés. En outre, il existe des troubles uniques, tels que la schizophrénie, le trouble bipolaire et les convulsions, qui ne sont enrichis que de gènes spécifiques à l'homme.

En conclusion, les sous-ensembles conservés et spécifiques à l'homme de gènes sélectifs des tissus sont significativement associés à différents troubles humains. Cependant, le sous-ensemble spécifique à l'homme montre une association plus élevée avec des pathologies spécifiques aux tissus. À cette fin, ils nous guident vers des constructions moléculaires appropriées (insertions de gènes) dans la levure pour explorer les mécanismes moléculaires/fonctionnels qui provoquent un dysfonctionnement tissu-spécifique. De tels mécanismes peuvent être testés chez l'homme et, s'ils sont validés, la levure peut servir de modèle expérimental pour d'autres recherches sur les biomarqueurs et les interventions pharmacologiques et génétiques.


Matériaux et méthodes

Récupération de la séquence du génome entier

La séquence complète du génome de 92 bactéries du sol a été obtenue à partir de la base de données du génome microbien intégré (Markowitz et al., 2012) et de la base de données du génome du NCBI (Benson et al., 2006). La sélection de ces espèces bactériennes a été effectuée après avoir soigneusement confirmé leur nature d'habitation dans le sol en consultant la littérature disponible, y compris le Manuel de bactériologie systématique de Bergey (Garrity et al., 2001 Brenner et al., 2005 Vos et al., 2009 Krieg et al. ., 2010 Whitman et al., 2012) et les métadonnées associées aux données génomiques respectives. Les génomes d'espèces bactériennes avec des métadonnées incorrectes concernant l'habitat et la source d'isolement, et une annotation incomplète des séquences codantes ont été délibérément tenus à l'écart de l'analyse. Les ébauches de génomes d'espèces bactériennes n'ont pas non plus été prises en compte pour l'analyse. Les espèces sans démarcation des souches ont également été laissées de côté, car la « souche » fait partie intégrante du concept d'espèce bactérienne (Rossell&# x000F3-Mora et Amann, 2001). Les 92 espèces bactériennes sélectionnées considérées dans cette étude sont réparties dans l'ensemble du domaine eubactérien appartenant aux cinq classes taxonomiques différentes (à savoir Proteobacteria, Firmicutes, Chlorobi, Actinobacteria et Acidobacteria) réparties sur 20 ordres différents et 27 familles différentes. Une liste de ces organismes est donnée dans le tableau supplémentaire 1. Des gènes avec des codons d'initiation et de terminaison corrects ont été pris en compte pour chaque génome afin de minimiser l'erreur d'échantillonnage.

Récupération du gène de l'ARNr 16S et des séquences de gènes d'entretien

Les séquences nucléotidiques du gène de l'ARNr 16S et celle des gènes de ménage atpD, infB, rpoB, et trpB des 92 genres bactériens ont été extraits des séquences du génome entier pour étudier le profil d'utilisation des codons et construire un alignement de séquences multiples (MSA) pour déduire des relations phylogénétiques.

Analyse du CUB

Les paramètres tels que le nombre effectif de codons ou Nc (Wright, 1990), la teneur en GC à la troisième position du codon ou GC3 (Wright, 1990), l'hydrophobie et la longueur du gène ont été calculés. Nc est l'une des mesures les meilleures et les plus largement utilisées qui quantifie la mesure dans laquelle l'utilisation d'un gène s'écarte de l'utilisation égale de codons synonymes (Fuglsang, 2006 Liu, 2013). Il varie de 20 à 61. Une valeur Nc inférieure à 40 indique un biais d'utilisation des codons et supérieure à 40 indique une utilisation probable égale de tous les codons synonymes (Botzman et Margalit, 2011 Pal et al., 2015 Wang et al., 2018 Khandia et al. ., 2019). Il a été rapporté que GC3 est lié à la flexibilité de l'ADN et au biais des codons chez les procaryotes (Babbitt et al., 2014) et joue également un rôle régulateur dans l'expression des gènes et la méthylation (Tatarinova et al., 2013). Dans la présente étude, GC3 a été calculé à la fois pour l'ensemble du génome et pour chaque gène domestique. L'hydrophobie est en fait utilisée pour la prédiction de la nature de la protéine cellulaire codée par le gène correspondant présent au sein du génome. Une valeur inférieure à zéro indique la présence de protéine hydrophile et supérieure à zéro représente la présence de protéine hydrophobe (Magdeldin et al., 2012). Dans notre étude, nous avons utilisé ce paramètre pour estimer l'hydrophobie des attributs physiques des produits géniques d'entretien codés par rpoB, atpD, infB, et trpB gène. Le tracé Nc représentant la corrélation entre Nc et GC3 (Wright, 1990) a été construit pour déterminer la variation du modèle d'utilisation des codons synonymes interspécifiques et intergéniques existant dans l'ensemble du génome et des gènes d'entretien des bactéries du sol. Le tracé Nc est largement utilisé pour élucider les forces mécanistes qui façonnent le CUB et l'hétérogénéité du gène en utilisant le biais de codon et la composition de base (Sun et al., 2016 Wang et al., 2018 Khandia et al., 2019). Dans cette étude, les paramètres mentionnés ci-dessus ont été estimés pour les génomes entiers et les gènes de ménage en utilisant INCA (Supek et Vlahovicek, 2004) et CodonW (Peden, 1999).

Génération d'alignements de séquences multiples (MSA)

Les MSA des gènes de l'ARNr 16S et des quatre gènes de ménage des 92 espèces bactériennes ont été préparés à l'aide de l'interface Web de Clustal Omega hébergée sur le site Web de l'EMBL-EBI (https://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalo /). Clustal Omega est un outil MSA qui produit des alignements entre plusieurs séquences en utilisant des arbres guides ensemencés et des techniques de profil-profil HMM (Sievers et al., 2011).

Analyse phylogénétique

Les inférences phylogénétiques utilisant le gène de l'ARNr 16S et les quatre gènes de ménage ont été déduites à l'aide de la méthode du maximum de vraisemblance (ML). En termes de précision, de temps et de commodité, la méthode ML est considérée comme l'une des méthodes d'estimation d'arbres les plus appropriées fournissant des informations sur les relations évolutives (Mulet et al., 2010). En outre, cette méthode utilise la fonction de vraisemblance et peut être utilisée facilement pour détecter les distances par paires dans les phylogrammes (Rong et Huang, 2014). Étant donné que les modèles évolutifs (ou modèles de substitution de nucléotides) sont un élément clé de la phylogénétique moléculaire utilisant des méthodes, telles que ML, pour chaque gène, le modèle optimal d'évolution a été sélectionné à l'aide de la fonction de test de modèle de MEGA 6.0 (Kumar et al., 2008 ). La valeur du critère d'information bayésien (BIC) a été considérée comme un critère essentiel pour la sélection des modèles et les modèles représentant la valeur BIC la plus basse ont été sélectionnés comme modèles optimaux (Posada et Buckley, 2004 Posada, 2009 Luo et al., 2010). Les arbres phylogénétiques ont été construits à l'aide de MEGA 6.0 (Kumar et al., 2008). Pour les quatre gènes d'entretien considérés dans cette étude, le modèle General Time Reversible (Nei et Kumar, 2000) avec variation du taux de distribution gamma (G) entre les sites ainsi qu'une proportion importante de sites invariables (I) ou GTR + G &# Le modèle x0002B I s'est avéré être le modèle optimal sur la base du score BIC. L'arbre phylogénétique basé sur le gène de l'ARNr 16S a été déduit sur la base du modèle à 2 paramètres de Kimura (Kimura, 1980). L'arbre de consensus bootstrap déduit de 1 000 répétitions (Felsenstein, 1985) a été utilisé pour représenter l'histoire évolutive des taxons analysés. La visualisation et l'annotation des arbres phylogénétiques ont été effectuées à l'aide de l'outil open source en ligne Interactive Tree of Life (iTOL) ver. 4.4.2 disponible sur https://itol.embl.de/ (Letunic et Bork, 2007, 2019). Les données brutes contenant les arbres phylogénétiques ainsi que la prise en charge du bootstrap sont fournies sous forme de fichiers supplémentaires au format Newick.


Comme vous pouvez le voir ci-dessus, les activateurs peuvent activer les promoteurs de gènes situés à des milliers de paires de bases. Les isolants empêchent un activateur de se lier de manière inappropriée et d'activer le promoteur d'un autre gène dans la même région du chromosome.

  • des segments d'ADN (aussi peu que 42 paires de bases peuvent faire l'affaire)
  • situé entre le
    • activateur(s) et promoteur(s) ou
    • silencieux(s) et promoteur(s)

    L'activateur du promoteur du gène de la chaîne delta de la gamma/delta Récepteur des lymphocytes T pour l'antigène (TCR) est situé à proximité du promoteur de la chaîne alpha de la Alpha Beta TCR (sur le chromosome 14 chez l'homme). Une cellule T doit choisir entre l'un ou l'autre. Il y a un isolant entre le promoteur du gène alpha et le promoteur du gène delta qui garantit que l'activation de l'un ne se propage pas à l'autre.

    Tous les isolants découverts jusqu'à présent chez les vertébrés ne fonctionnent que lorsqu'ils sont liés par le CTCF protéine. Un autre exemple: Chez les mammifères (souris, humains, porcs), seul l'allèle facteur de croissance analogue à l'insuline-2 (IGF2) hérité de son père est actif que hérité de la mère n'est pas &mdash un phénomène appelé impression.

    Le mécanisme : l'allèle de la mère possède un isolant entre les IGF2 promoteur et amplificateur. L'allèle du père aussi, mais dans son cas, l'isolant a été méthylé. CTCF ne peut plus se lier à l'isolant, et donc l'enhancer est maintenant libre d'allumer le père IGF2 promoteur.

    De nombreuses variétés de porcs commercialement importantes ont été élevées pour contenir un gène qui augmente le rapport muscle squelettique/graisse. Ce gène a été séquencé et s'avère être un allèle de IGF2, qui contient une seule mutation ponctuelle dans l'un de ses introns. Les porcs porteurs de cette mutation produisent des niveaux plus élevés de IGF2 ARNm dans leurs muscles squelettiques (mais pas dans leur foie). Cela nous dit que :

    • Les mutations n'ont pas besoin d'être dans la partie codant pour la protéine d'un gène afin d'affecter le phénotype.
    • Des mutations dans des parties non codantes d'un gène peuvent affecter la façon dont ce gène est réglementé (ici, un changement dans le muscle mais pas dans le foie).

    Les gènes ne sont pas le destin

    Les gènes influencent tous les aspects de la physiologie humaine, du développement et de l'adaptation. L'obésité ne fait pas exception. Pourtant, on sait relativement peu de choses sur les gènes spécifiques qui contribuent à l'obésité et sur l'ampleur des interactions dites « environnement génétique », l'interaction complexe entre notre constitution génétique et nos expériences de vie.

    Une étude de 2014 a révélé que la consommation d'aliments frits pouvait interagir avec les gènes liés à l'obésité, soulignant l'importance de réduire la consommation d'aliments frits chez les personnes génétiquement prédisposées à l'obésité. (21) La recherche des gènes de l'obésité humaine a commencé il y a plusieurs décennies. Les progrès rapides de la biologie moléculaire et le succès du projet du génome humain ont intensifié la recherche. Ces travaux ont mis en lumière plusieurs facteurs génétiques responsables de formes très rares et monogéniques d'obésité. Des recherches émergentes ont également commencé à identifier les fondements génétiques de l'obésité dite «commune», qui est influencée par des dizaines, voire des centaines de gènes. De plus, les recherches sur la relation entre certains aliments et l'obésité permettent de mieux comprendre l'interaction entre l'alimentation, les gènes et l'obésité.

    Ce qui ressort de plus en plus clairement de ces premières découvertes, c'est que les facteurs génétiques identifiés jusqu'à présent n'apportent qu'une faible contribution au risque d'obésité et que nos gènes ne sont pas notre destin : devenir en surpoids et des modes de vie sains peuvent contrecarrer ces effets génétiques. Cet article décrit brièvement les contributions des gènes et des interactions gènes-environnement au développement de l'obésité.

    Formes rares d'obésité causées par des mutations dans un seul gène (obésité monogénique)

    Plusieurs formes rares d'obésité résultent de mutations spontanées dans des gènes uniques, appelées mutations monogéniques. De telles mutations ont été découvertes dans des gènes qui jouent un rôle essentiel dans le contrôle de l'appétit, l'apport alimentaire et l'homéostasie énergétique, principalement dans les gènes qui codent pour l'hormone leptine, le récepteur de la leptine, la pro-opiomélanocortine et le récepteur de la mélanocortine-4, entre autres. . (1)

    L'obésité est également une caractéristique de plusieurs syndromes génétiques causés par des mutations ou des anomalies chromosomiques, tels que les syndromes de Prader-Willi et de Bardet-Biedl. Dans ces syndromes, l'obésité s'accompagne souvent d'un retard mental, d'anomalies de la reproduction ou d'autres problèmes. (2)

    “Obésité commune” causée par des mutations dans plusieurs gènes

    Au 21ème siècle, l'obésité est un problème de santé affectant les sociétés riches et pauvres, éduquées et non éduquées, occidentalisées et non-occidentales. Cependant, le niveau de graisse corporelle varie d'une personne à l'autre et certaines personnes ont toujours eu tendance à avoir un peu plus de graisse corporelle que d'autres. Les preuves provenant de modèles animaux, d'études de liaison humaine, d'études de jumeaux et d'études d'association de grandes populations suggèrent que cette variation de notre susceptibilité à l'obésité a une composante génétique. Mais plutôt que d'être contrôlée par un seul gène, la susceptibilité à l'obésité commune serait affectée par de nombreux gènes (polygéniques).

    Des études sur les jumeaux offrent un aperçu de la génétique de l'obésité courante. Sur la base des données de plus de 25 000 paires de jumeaux et de 50 000 membres biologiques et adoptifs de la famille, les estimations des corrélations moyennes pour l'indice de masse corporelle (IMC) sont de 0,74 pour les jumeaux monozygotes (“identical”), 0,32 pour les dizygotes (“fraternal”) 8221) jumeaux, 0,25 pour les frères et sœurs, 0,19 pour les couples parents-enfants, 0,06 pour les parents adoptifs et 0,12 pour les conjoints. (3) La forte corrélation pour l'IMC entre jumeaux monozygotes et son atténuation avec des degrés moindres de gènes partagés suggèrent une forte influence génétique sur l'IMC. Cependant, cette conclusion est basée sur l'hypothèse que les jumeaux identiques et fraternels ont le même degré d'environnement partagé - et c'est une hypothèse qui peut ne pas tenir dans la pratique.

    Utilisation d'études d'associations pangénomiques pour identifier les gènes liés à l'obésité

    Une étude d'association à l'échelle du génome analyse des centaines de milliers de marqueurs génétiques sur des milliers d'individus et des ensembles complets d'ADN pour trouver des variations génétiques pouvant être liées à une maladie particulière. Ces études peuvent être utilisées pour trouver des variations génétiques qui jouent un rôle dans des maladies courantes et complexes telles que l'obésité. Souvent, un changement dans une seule petite section de l'ADN qui code pour un gène peut faire une différence dans l'action du gène. Ces minuscules variations de l'ADN, appelées « variantes génétiques » ou « polymorphismes à nucléotide unique » (SNP), sont souvent liées au risque de maladie.

    En 2007, des chercheurs utilisant des études d'association à l'échelle du génome ont identifié les premières variantes génétiques liées à l'obésité dans le gène dit « de la masse grasse et de l'obésité » (FTO) sur le chromosome 16. (4, 5) Ces variantes génétiques sont assez commun, et les personnes qui en portent un ont un risque d'obésité 20 à 30 pour cent plus élevé que les personnes qui n'en portent pas. La deuxième variante de gène associée à l'obésité que les chercheurs ont identifiée se trouve sur le chromosome 18, à proximité du gène du récepteur de la mélanocortine-4 (le même gène responsable d'une forme rare d'obésité monogénique). (6, 7)

    À ce jour, des études d'association à l'échelle du génome ont identifié plus de 30 gènes candidats sur 12 chromosomes qui sont associés à l'indice de masse corporelle. (8󈝶) Il est important de garder à l'esprit que même le plus prometteur de ces gènes candidats, FTO, ne représente qu'une petite fraction de la susceptibilité liée aux gènes à l'obésité. (11)

    Interactions gène-environnement : pourquoi l'hérédité n'est pas le destin

    Il est peu probable que les changements génétiques expliquent la propagation rapide de l'obésité dans le monde. (1) C'est parce que le pool de gènes, la fréquence des différents gènes dans une population, reste assez stable pendant de nombreuses générations. Il faut beaucoup de temps pour que de nouvelles mutations ou polymorphismes se propagent. Donc, si nos gènes sont restés en grande partie les mêmes, qu'est-ce qui a changé au cours des 40 dernières années d'augmentation des taux d'obésité ? Notre environnement : l'environnement physique, social, politique et économique qui influence notre consommation d'aliments et notre niveau d'activité. Les changements environnementaux qui rendent plus facile pour les gens de trop manger et plus difficile pour les gens de faire suffisamment d'activité physique, ont joué un rôle clé dans le déclenchement de la récente vague de surpoids et d'obésité. (12)

    Les travaux sur les interactions gènes-environnement liées à l'obésité en sont encore à leurs balbutiements. Jusqu'à présent, les preuves suggèrent que la prédisposition génétique n'est pas le destin - de nombreuses personnes porteuses de soi-disant «gènes de l'obésité» ne deviennent pas en surpoids. Il semble plutôt qu'une alimentation saine et suffisamment d'exercice physique puissent contrecarrer une partie du risque d'obésité lié aux gènes.

    En 2008, par exemple, Andreasen et ses collègues ont démontré que l'activité physique compensait les effets d'un gène favorisant l'obésité, une variante courante de la FTO. L'étude, menée auprès de 17 058 Danois, a révélé que les personnes porteuses du gène favorisant l'obésité et inactives avaient un IMC plus élevé que les personnes inactives sans la variante du gène. Cependant, avoir une prédisposition génétique à l'obésité ne semblait pas avoir d'importance pour les personnes actives : leur IMC n'était ni supérieur ni inférieur à celui des personnes qui n'avaient pas le gène de l'obésité. (15)

    Des travaux ultérieurs sur la relation entre le gène FTO, l'activité physique et l'obésité ont donné des résultats contradictoires. (16󈝾) Pour arriver à une réponse plus définitive, les enquêteurs ont récemment combiné et réanalysé les données de 45 études chez l'adulte et 9 études chez l'enfant, soit près de 240 000 personnes au total. (19) Ils ont découvert que les personnes porteuses de la variante du gène FTO favorisant l'obésité avaient un risque d'obésité 23% plus élevé que celles qui n'en avaient pas. Mais encore une fois, être physiquement actif réduisait le risque : les adultes actifs porteurs du gène favorisant l'obésité avaient un risque d'obésité 30 % inférieur à celui des adultes inactifs porteurs du gène.

    La plupart des gens ont probablement une prédisposition génétique à l'obésité, en fonction de leurs antécédents familiaux et de leur origine ethnique. Passer de la prédisposition génétique à l'obésité elle-même nécessite généralement un certain changement dans le régime alimentaire, le mode de vie ou d'autres facteurs environnementaux. Certains de ces changements incluent les suivants :

    • la disponibilité immédiate de nourriture à toute heure de la journée et dans des endroits qui ne vendaient pas de nourriture, tels que les stations-service, les pharmacies et les magasins de fournitures de bureau
    • une diminution spectaculaire de l'activité physique pendant le travail, les activités domestiques et les loisirs, en particulier chez les enfants
    • augmentation du temps passé à regarder la télévision, à utiliser des ordinateurs et à effectuer d'autres activités sédentaires et
    • l'afflux d'aliments hautement transformés, de restauration rapide et de boissons sucrées, ainsi que les campagnes de marketing omniprésentes qui en font la promotion.

    Conclusion : des environnements et des modes de vie sains peuvent contrecarrer les risques liés aux gènes

    Une meilleure compréhension des contributions génétiques à l'obésité, en particulier des interactions courantes entre l'obésité et les gènes et l'environnement, permettra de mieux comprendre les voies causales qui mènent à l'obésité. De telles informations pourraient un jour déboucher sur des stratégies prometteuses pour la prévention et le traitement de l'obésité. Mais il est important de se rappeler que dans l'ensemble, la contribution des gènes au risque d'obésité est faible, tandis que la contribution de notre environnement alimentaire et d'activités toxiques est énorme. Comme l'a écrit un scientifique, « les gènes peuvent codéterminer qui devient obèse, mais notre environnement détermine combien de personnes deviennent obèses ». , pour tous.

    Les références

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    2. Farooqi S, O’Rahilly S. Génétique de l'obésité chez l'homme. Endocr Rev. 2006 27:710-18.

    3. Maes HH, Neale MC, Eaves LJ. Facteurs génétiques et environnementaux dans le poids corporel relatif et l'adiposité humaine. Comporter Genet. 1997 27:325-51.

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    5. Frayling TM, Timpson NJ, Weedon MN, et al. Une variante courante du gène FTO est associée à l'indice de masse corporelle et prédispose à l'obésité chez les enfants et les adultes. Science. 2007 316:889-94.

    6. Loos RJ, Lindgren CM, Li S, et al. Les variantes courantes proches de MC4R sont associées à la masse grasse, au poids et au risque d'obésité. Nat Genet. 2008 40:768-75.

    7. Qi L, Kraft P, Hunter DJ, Hu FB. La variante courante de l'obésité à proximité du gène MC4R est associée à des apports plus élevés en énergie totale et en graisses alimentaires, à un changement de poids et à un risque de diabète chez les femmes. Hum Mol Genet. 2008 17:3502-8.

    8. O’Rahilly S. La génétique humaine éclaire les voies menant aux maladies métaboliques. La nature. 2009 462:307-14.

    9. Speliotes EK, Willer CJ, Berndt SI, et al. Les analyses d'association de 249 796 individus révèlent dix-huit nouveaux loci associés à l'indice de masse corporelle. Nat Genet. 2010 42:937-48.

    10. Heid IM, Jackson AU, Randall JC. Une méta-analyse identifie 13 nouveaux loci associés au rapport taille-hanches et révèle un dimorphisme sexuel dans la base génétique de la distribution des graisses. Nat Genet. 2010 42:949-60.

    11. Walley AJ, Asher JE, Froguel P. La contribution génétique à l'obésité humaine non syndromique. Nat Rev Genet. 2009 10:431-42.

    12. Qi L, Cho YA. Interaction gène-environnement et obésité. Nutr Rev. 2008 66:684-94.

    15. Andreasen CH, Stender-Petersen KL, Mogensen MS, et al. Une faible activité physique accentue l'effet du polymorphisme FTO rs9939609 sur l'accumulation de graisse corporelle. Diabète. 2008 57:95-101.

    16. Rampersaud E, Mitchell BD, Pollin TI, et al. L'activité physique et l'association des variantes communes du gène FTO avec l'indice de masse corporelle et l'obésité. Stagiaire Arch Med. 2008 168:1791-7.

    17. Ruiz JR, Labayen I, Ortega FB, et al. Atténuation de l'effet du polymorphisme FTO rs9939609 sur la graisse corporelle totale et centrale par l'activité physique chez les adolescents : l'étude HELENA. Arche Pédiatre Adolesc Med. 2010 164:328-33.

    18. Jonsson A, Renstrom F, Lyssenko V, et al. Évaluation de l'effet de l'interaction entre une variante FTO (rs9939609) et l'activité physique sur l'obésité chez 15 925 adultes suédois et 2 511 finlandais. Diabétologie. 2009 52:1334-8.

    19. KilpelinenTO, Qi L, Brage S, et al. L'activité physique atténue l'influence des variantes FTO sur le risque d'obésité : une méta-analyse portant sur 218 166 adultes et 19 268 enfants. PLoS Med. 20118 : e1001116. Publication en ligne du 1er novembre 2011

    20. Veerman JL. Sur la futilité du dépistage des gènes qui font grossir. PLoS Med. 8 novembre 2011 (11) : e1001114. Publication en ligne du 1er novembre 2011

    21. Qi, Q, Chu, AY, Kang, JH, Huang, J, Rose, LM, Jensen, MK, Liang, L, Curhan, GC, Pasquale, LR, Wiggs, JL, De Vivo, I, Chan, AT , Choi, HK, Tamimi, RM, Ridker, PM, Hunter, DJ, Willett, WC, Rimm, EB, Chasman, DI, Hu, FB, Qi, L. (2014). Consommation d'aliments frits, risque génétique et indice de masse corporelle : analyse de l'interaction gène-régime dans trois études de cohorte américaines. BMJ 19348 : g1610.

    22. Asai M Ramachandrappa S Joachim M Shen Y Zhang R Nuthalapati N Ramanathan V Strochlic, DE Ferket P Linhart K, Ho C Novoselova, TV Garg S Ridderstr


    Questions importantes pour les applications biotechnologiques en biologie de la classe 12 de la CBSE en agriculture et en médecine

    1. La biotechnologie traite essentiellement de la production à l'échelle industrielle de produits biopharmaceutiques et biologiques. Les applications de la biotechnologie comprennent la thérapeutique, le diagnostic, les cultures génétiquement modifiées pour l'agriculture, les aliments transformés, la biorestauration, le traitement des déchets et la production d'énergie.

    2. La biotechnologie comprend les trois domaines de recherche critiques suivants :
    (i) Fournir le meilleur catalyseur sous la forme d'un organisme amélioré, généralement un microbe ou une enzyme pure.
    (ii) Créer des conditions optimales grâce à l'ingénierie pour qu'un catalyseur agisse.
    (iii) Technologies de traitement en aval pour purifier la protéine/le composé organique.

    3. Applications biotechnologiques en agriculture
    (i) Les applications de la biotechnologie dans l'agriculture impliquent les trois options suivantes :

    • Agriculture basée sur l'agrochimie.
    • Agriculture organique.
    • Agriculture génétiquement modifiée basée sur les cultures.

    (ii) La révolution verte a augmenté la production alimentaire grâce à l'utilisation de :

    • Variétés de cultures améliorées.
    • Agrochimie (engrais et pesticides).
    • Meilleures pratiques de gestion.

    (iii) Organismes génétiquement modifiés (OGM) sont des plantes, des animaux, des bactéries et des champignons dont les gènes ont été altérés par manipulation.
    (iv) La modification génétique des plantes a conduit à ce qui suit :

    • Cultures est devenu plus tolérant aux stress abiotiques, tels que le froid, la sécheresse, le sel, la chaleur, etc.
    • Réduction de la dépendance aux pesticides chimiques, c'est-à-dire des cultures résistantes aux ravageurs.
    • Pertes après récolte réduites.
    • Efficacité de l'utilisation des minéraux augmentée dans les plantes (prévention de la perte de fertilité du sol).
    • La valeur nutritionnelle des aliments est améliorée, par ex. riz enrichi en vitamine A.
    • Les plantes sur mesure sont créées en utilisant des plantes GM pour fournir des ressources alternatives aux industries, sous forme d'amidons, de carburants et de produits pharmaceutiques.
    • (v) Certaines des applications de la biotechnologie dans l'agriculture sont la production de plantes résistantes aux ravageurs, qui diminuent la quantité de pesticides utilisés.
      La toxine Bt est produite par une bactérie et exprimée dans les plantes pour conférer une résistance aux insectes, créant en fait un biopesticide, par ex. Coton Bt, maïs Bt, riz doré, tomate, pomme de terre et soja, etc.
    • Le coton Bt est créé en utilisant certaines souches d'une bactérie, Bacillus thuringiensis (Bt est une forme abrégée).
    • Cette bactérie produit des protéines qui tuent certains insectes comme les lépidoptères (tabac, tordeuse des bourgeons et légionnaires), les coléoptères (coléoptères) et les diptères (mouches et moustiques).
    • thuringiensis forme des cristaux de protéines au cours d'une phase particulière de leur croissance. Ces cristaux contiennent une protéine insecticide toxique.
    • La protéine de la toxine Bt existe sous forme de protoxines inactives, mais une fois qu'un insecte ingère la toxine inactive, elle est convertie en une forme active de toxine en raison du pH alcalin de l'intestin, qui solubilise les cristaux.
    • La toxine activée se lie à la surface des cellules épithéliales de l'intestin moyen et crée des pores qui provoquent un gonflement et une lyse des cellules entraînant la mort d'un insecte.
    • Des gènes spécifiques de la toxine Bt ont été isolés de Bacillus thuringiensis et incorporés dans plusieurs plantes cultivées comme le coton.
    • La plupart des toxines Bt sont spécifiques à un groupe d'insectes. La toxine est codée par un gène nommé cry, g. les protéines codées par les gènes cry IAc et cry IIAb contrôlent les vers de la capsule du coton et cry IAb contrôlent la pyrale du maïs.

    (v) Plantes résistantes aux ravageurs sont développés en utilisant des procédés biotechnologiques.

    • Un nématode Meloidogyne incognita infecte les racines des plants de tabac, ce qui réduit la production de tabac.
    • Le processus d'interférence ARN (ARNi) est utilisé pour la défense cellulaire. Il s'agit de faire taire un ARNm spécifique en raison d'un ARNdb complémentaire. Il se produit dans tous les organismes eucaryotes comme méthode de défense cellulaire.
    • L'ARNdb se lie et empêche la traduction de l'ARNm (silencieux).
    • La source de cet ARN complémentaire pourrait provenir d'une infection par des virus ayant des génomes à ARN ou des éléments génétiques mobiles (transposons) qui se répliquent via un ARN intermédiaire.
    • Des vecteurs d'agrobactéries sont utilisés pour introduire des gènes spécifiques aux nématodes dans la plante hôte. Il produit à la fois de l'ARN sens et anti-sens dans les cellules hôtes.
    • Ces deux ARN sont complémentaires l'un de l'autre et forment un ARN double brin (rfsRNA) qui initie l'ARNi et, par conséquent, fait taire l'ARNm spécifique du nématode.
    • Le parasite ne peut pas survivre dans l'hôte transgénique, exprimant un ARN interférent spécifique. La plante transgénique se trouve ainsi protégée du parasite.

    4. Applications biotechnologiques en médecine ont eu un impact immense dans le domaine des soins de santé en permettant la production de masse de médicaments thérapeutiques sûrs et plus efficaces.

    • Les thérapies recombinantes n'induisent pas de réponses immunologiques indésirables comme dans le cas de produits similaires isolés à partir de sources non humaines.
    • Actuellement, environ 30 produits thérapeutiques recombinants ont été approuvés pour un usage humain dans le monde. En Inde, 12 d'entre eux sont actuellement commercialisés.

    I. Insuline génétiquement modifiée conduit à une disponibilité suffisante d'insuline pour la gestion du diabète de l'adulte.
    (a) L'insuline utilisée pour le diabète était auparavant extraite du pancréas de bovins et de porcs abattus. Cela a provoqué une allergie ou d'autres réactions chez certains patients.
    (b) L'insuline se compose de deux courtes chaînes polypeptidiques, c'est-à-dire les chaînes A et B, reliées entre elles par des ponts disulfure.

    (c) Chez les mammifères, l'insuline est synthétisée en tant que prohormone (doit être traitée avant qu'elle ne devienne une hormone pleinement mature et fonctionnelle) qui contient un étirement supplémentaire appelé le C-peptide.
    (ré) C-peptide n'est pas présent dans l'insuline mature et est éliminé pendant la maturation en insuline. Ainsi, le principal défi pour la production d'insuline à l'aide de techniques d'ADNr était d'obtenir l'insuline assemblée sous une forme mature.
    (e) Eli Lilly une société américaine a préparé en 1983 deux séquences d'ADN correspondant aux chaînes A et B de l'insuline humaine et les a introduites dans des plasmides d'E. coli pour produire des chaînes d'insuline. Les chaînes A et B ont été produites séparément, extraites et combinées en créant des liaisons disulfure pour former l'insuline humaine.
    II. Production de vaccins par génie génétique ces vaccins sont appelés vaccins recombinants également appelés «vaccins sous-unitaires» ou «vaccins de deuxième génération», par exemple l'hépatite B. Ceux-ci sont de deux types :
    (une) Vaccins protéinés utilisation d'une protéine spécifique produite par l'ADNr dans le vaccin.
    (b) ADN les vaccins utilisent de l'ADN génétiquement modifié à injecter comme vaccin pour produire une réponse immunologique.
    Le vaccin contre l'hépatite contient la protéine d'enveloppe virale, l'antigène de surface de l'hépatite B (HB8 Ag). Ce gène est isolé à partir de vecteurs de levure.
    Certains gènes codant pour des protéines isolés à partir d'agents pathogènes sont également incorporés et exprimés dans les plantes produisent des antigènes et sont également appelés vaccins comestibles.
    III. Thérapie génique est un ensemble de méthodes permettant de corriger des anomalies génétiques diagnostiquées chez un enfant ou un embryon.
    (a) Les gènes sont insérés dans les cellules et les tissus d'une personne pour traiter une maladie.
    (b) La correction d'un défaut génétique implique la délivrance d'un gène normal à l'individu ou à l'embryon pour prendre en charge la fonction et compenser le gène non fonctionnel.
    (c) La première thérapie génique a été administrée à une fillette de quatre ans présentant un déficit en adénosine désaminase (ADA) par M Blease et WF Andresco dans les années 90

    • L'ADA est due à la suppression du gène de l'adénosine désaminase.<
      Chez certains enfants, le déficit en ADA peut être guéri par une greffe de moelle osseuse et une thérapie de remplacement enzymatique, mais ils ne sont pas complètement guérissables.
      (d) Les étapes impliquées sont les suivantes :
    • Dans la première étape de la thérapie génique, les lymphocytes du sang du patient sont cultivés dans une culture à l'extérieur du corps.
    • Un ADNc d'ADA fonctionnel (utilisant un vecteur rétroviral) est ensuite introduit dans ces lymphocytes, qui sont ensuite restitués au patient.
    • Comme ces cellules ne sont pas immortelles, le patient a besoin d'une perfusion périodique de ces lymphocytes génétiquement modifiés.
    • Si le gène isolé des cellules de la moelle osseuse produisant l'ADA est introduit dans les cellules à des stades embryonnaires précoces, il pourrait s'agir d'un remède permanent.
    • Certaines autres maladies pouvant être traitées par thérapie génique sont l'hémophilie, la mucoviscidose, la maladie de Parkinson, etc.

    (IV) Diagnostic moléculaire aide à résoudre le problème du diagnostic précoce et du traitement des maladies.
    (a) En utilisant les méthodes conventionnelles de diagnostic (analyse de sérum et d'urine), la détection précoce des maladies n'est pas possible.
    (b) Pour surmonter ce problème, certaines techniques de diagnostic moléculaire ont été développées qui permettent une détection précoce des maladies. Ceux-ci sont les suivants :
    (i) Réaction en chaîne par polymérase (PCR) aide à la détection précoce de maladies ou d'agents pathogènes par l'amplification de leur acide nucléique.
    Une faible concentration d'agents pathogènes (bactéries, virus, etc.) dans le sang ne permet pas sa détection.
    La PCR peut amplifier les acides nucléiques de ces agents pathogènes même lorsque leur concentration est très faible.
    La technique PCR peut être utilisée pour détecter le VIH chez les patients suspectés de SIDA, les mutations génétiques chez les patients suspectés de cancer et pour identifier les troubles génétiques.
    (ii) Technologie de l'ADN recombinant est une technique de diagnostic moléculaire moderne. Cela se fait selon les étapes suivantes :
    Un ADN ou ARN simple brin marqué avec une molécule radioactive appelée sonde, est autorisé à s'hybrider à son ADN complémentaire dans un clone de cellules.
    Les cellules sont ensuite détectées par autoradiographie.
    Le clone ayant le gène muté n'apparaîtra pas sur le film photographique, car la sonde n'aura pas de complémentarité avec le gène muté.
    (iii) Essai d'immunosorbant lié à une enzyme (ELISA) repose sur le principe de l'interaction antigène-anticorps. L'infection par agent pathogène peut être détectée par la présence d'antigènes (protéines, glycoprotéines, etc.) ou par détection des anticorps synthétisés contre l'agent pathogène.
    Questions d'examen des années précédentes
    1 Cochez les questions
    1. Énoncer le rôle du peptide C dans l'insuline humaine. [Toute l'Inde 2014]
    Rép. Le peptide C est un tronçon supplémentaire des peptides qui relie les chaînes polypeptidiques A et B de l'insuline, en prohormone. Pendant le traitement pour libérer l'insuline mature et fonctionnelle, ce peptide C est éliminé

    2. Un garçon a reçu un diagnostic de déficit en ADA (adénosine désaminase). Suggérez n'importe quel traitement possible. [Delhi 2014C]
    Rép. Le garçon diagnostiqué avec un déficit en ADA peut subir une thérapie génique pour le traitement, mais ce n'est pas un remède permanent.

    3. Écrivez la source possible du gène d'interférence ARN (ARNi). [Delhi 2013c]
    Rép. Les éléments génétiques mobiles, c'est-à-dire les transposons, sont la source possible du gène d'interférence ARN (ARNi).

    4. Nommez deux techniques quelconques qui servent au diagnostic précoce de certaines maladies humaines bactériennes/virales. [Étranger 2011]
    ou
    Nommez une technique de diagnostic moléculaire pour détecter la présence d'un agent pathogène à un stade précoce de l'infection. [Delhi 2010 Toute l'Inde 2008]
    Rép. Techniques servant au diagnostic précoce de certaines maladies humaines bactériennes/virales.
    (i) Réaction en chaîne par polymérase (PCR).
    (ii) la technologie de recombinaison de l'ADN et
    (iii) ELISA sont les techniques de diagnostic précoce des maladies bactériennes/virales

    5. Comment l'ARN ds pénètre-t-il dans les cellules eucaryotes pour provoquer une interférence ARN ? [Delhi 2011c]
    Rép. L'ARNdb pénètre dans la cellule eucaryote soit par :
    (i) infection par un virus ayant un génome à ARN ou
    (ii) des éléments génétiques mobiles (transposons) qui se répliquent via un ARN intermédiaire.

    6. Nommez l'organisme source du gène cry IAc et son organisme nuisible cible. [Étranger 2011]
    Rép. La source du gène crylAc est Bacillus thuringiensis et sa cible, les vers de la capsule du cotonnier.

    7. Comment s'appelle l'hôte qui produit un produit génétique étranger ? Comment s'appelle ce produit ? [Étranger 2010]
    Rép. Les organismes transgéniques ou les organismes génétiquement modifiés sont des hôtes qui produisent un produit génique étranger.
    Les protéines recombinantes sont le produit.

    8. Nommez les gènes cry qui contrôlent respectivement le ver de la capsule du coton et la pyrale du maïs. [Toute l'Inde 2009c]
    Rép. Les gènes cry qui contrôlent le ver de la capsule du coton – cry lac et cry llAb pyrale du maïs-cry lab

    9. Quelle est la signification du processus d'interférence ARN (ARNi) chez les organismes eucaryotes ? [Étranger 2008]
    Rép. L'interférence ARN (ARNi) agit comme défense cellulaire chez tous les organismes eucaryotes

    10. Énoncez le principe sur lequel fonctionne ELISA. [Étranger 2008]
    Rép. ELISA est basé sur le principe de l'interaction antigène-anticorps.

    11. Comment le silençage de l'ARNm spécifique dans l'interférence ARN empêche-t-il l'infection parasitaire ? [Delhi 2008C]
    Rép. L'infection parasitaire peut être évitée en utilisant le processus d'interférence ARN (ARNi), car le nématode ne peut pas vivre dans l'hôte transgénique qui exprime ainsi l'ARN interférent spécifique, ce qui le rend double brin et incapable de traduire la protéine ou le produit.

    12. Quels sont les avantages des plants de tabac lorsque des gènes spécifiques aux nématodes y sont introduits à l'aide de certains vecteurs ? Nommez les vecteurs utilisés. [Delhi 2008C]
    Rép. Les gènes spécifiques des nématodes, lorsqu'ils sont introduits dans les plantes hôtes, initient le processus d'ARNi et, par conséquent, ont réduit au silence l'ARNm spécifique des nématodes. Le parasite ne peut pas survivre dans l'hôte transgénique, alors évitez les plantes nuisibles. Le vecteur utilisé est Agrobacterium.

    Questions à 2 points

    13. Expliquez comment Agrobacterium tumefaciens a-t-il été créé comme vecteur de clonage utile pour transférer l'ADN aux cellules végétales. [Delhi 2014]
    Rép. La bactérie Agrobacterium tumefaciens est connue pour être un vecteur naturel capable de transmettre son ADN aux plantes et d'induire des tumeurs en intégrant son ADN au génome de l'hôte. Le gène responsable de la tumeur dans le plasmide de cette bactérie est remplacé par un gène d'intérêt et est maintenant utilisé comme vecteur de clonage pour transférer l'ADN dans les cellules végétales.

    14. Qu'est-ce que la thérapie génique ? Nommez le premier cas clinique dans lequel il a été utilisé. [Delhi 2014]
    Rép. La thérapie génique est une thérapie corrective ou une technique de génie génétique pour remplacer un gène défectueux ou non fonctionnel par un gène fonctionnel sain normal,
    La première thérapie génique clinique a été administrée à une fillette de 4 ans présentant un déficit en ADA (Adénosine Désaminase) en 1900, en raison de la délétion du gène codant pour l'ADA

    15. Pourquoi la toxine Bt ne tue-t-elle pas la bactérie qui la produit, mais tue l'insecte qui l'ingère ? [Delhi 2014]
    ou
    Pourquoi les protéines insecticides toxiques sécrétées par Bacillus thuringiensis tuent-elles l'insecte et non la bactérie elle-même ? [Étranger 2010]
    Rép. La toxine Bt ne tue pas les bactéries car elle existe sous forme de protoxine inactive.
    Lorsque la toxine Bt est ingérée par un insecte, elle est convertie en sa forme active en raison du pH alcalin de l'intestin. La toxine activée se lie à la surface des cellules épithéliales de l'intestin moyen et crée des pores. L'eau pénétrée provoque un gonflement et une lyse des cellules dans le corps de l'insecte.

    16. Expliquez comment Eli Lilly, une entreprise américaine, a produit de l'insuline grâce à la technologie de l'ADN recombinant.
    [Étranger 2014]
    Rép. Production d'insuline par la société Eli Lilly
    (i) Les séquences d'ADN correspondant aux deux chaînes polypeptidiques, A et B de l'insuline sont synthétisées in vitro.
    (ii) Ils sont introduits dans l'ADN plasmidique d'E. coli.
    (iii) Cette bactérie est clonée dans des conditions appropriées.
    (iv) Le transgène est exprimé sous forme de polypeptides A et B, sécrétés dans le milieu.
    (v) Ils sont extraits et combinés en créant un pont disulfure pour former de l'insuline humaine.

    17. À quoi servent le code des gènes ‘cry’ dans Bacillus thuringiensis ? Énoncer son importance pour la culture du coton. [Toute l'Inde 2014C]
    Rép. Les gènes «cry» dans Bacillus thuringiensiscodes pour les protéines insecticides toxiques qui existent sous forme de prototoxines inactives.
    Ces protéines, lorsqu'elles sont exprimées dans les cultures de coton par génie génétique, confèrent une résistance aux ravageurs contre les vers de la capsule du coton et préviennent les dommages. En tant que larve de ces insectes lorsqu'elle se nourrit de parties de cotonnier, la toxine s'active dans leur intestin, lysant leurs cellules et entraînant ainsi la mort, les rendant ainsi résistantes aux parasites.

    18. L'insuline humaine, lorsqu'elle est synthétisée dans le corps, doit être traitée avant de pouvoir agir. Expliquez en donnant les raisons. [Delhi 2014c]
    Rép. L'insuline humaine, lorsqu'elle est initialement synthétisée dans le corps humain, se compose de trois chaînes peptidiques - A, B et C. Le peptide C est un tronçon supplémentaire d'acides aminés joignant les chaînes A et B. C'est ce qu'on appelle la proinsuline ou prohormone. Il subit un traitement ou un épissage pour libérer l'insuline mature fonctionnelle qui peut remplir ses fonctions normales. Pendant le traitement, le peptide C est éliminé. Seules les chaînes A et B contribuent à former l'insuline fonctionnelle.

    19. Écrivez de deux manières en quoi les plantes génétiquement modifiées sont utiles ? [Toute l'Inde 2014C]
    Rép. Ensuite, les plantes génétiquement modifiées s'avèrent utiles car elles :
    (i) réduire ou minimiser l'utilisation de produits chimiques, d'engrais, d'insecticides, d'herbicides, etc.
    (ii) réduire les pertes après récolte et améliorer la valeur nutritionnelle de la culture.

    20. Nommez la maladie qui a été la première à recevoir le traitement de thérapie génique. Écrivez la cause de la maladie et l'effet qu'elle a sur le patient. [Delhi 2014C]
    Rép. La maladie de déficit en ADA (Adénosine Désaminase) a été la première à bénéficier du traitement de thérapie génique.
    La maladie est due à la suppression du gène qui code pour l'enzyme Adénine Désaminase (ADA). La déficience de l'enzyme ADA affecte le fonctionnement du système immunitaire.

    21. Pourquoi la proinsuline est-elle ainsi appelée ? En quoi l'insuline est-elle différente de celle-ci ? [Toute l'Inde 2013]
    Rép. La proinsuline contient un étirement supplémentaire appelé peptide C qui doit être retiré pour devenir une insuline complètement mature, c'est pourquoi elle est appelée proinsuline (prohormone). L'insuline fonctionnelle mature ne contient que des chaînes peptidiques A et B

    22. (i) Énoncer le rôle de l'ADN ligase en biotechnologie.
    (ii) Que se passe-t-il lorsque Meloidogyne incognita consomme des cellules avec le gène ARNi ? [Delhi 2012]
    Rép. (i) L'enzyme ADN ligase est utilisée pour joindre deux fragments d'ADN à partir de leurs extrémités.
    (ii) Lorsque Meloidogyne incognita (parasite) consomme des cellules avec le gène ARNi, le parasite ne peut pas survivre et cela empêche l'infection. L'ADN introduit forme à la fois un ARN sens et un ARN anti-sens. Ces deux brins étant complémentaires l'un de l'autre sous forme d'ARNs, conduisant à l'ARNi. Ainsi, l'ARNm du nématode est réduit au silence et le parasite ne peut pas y survivre. Cela produit des plants de tabac résistants à Meloidogyne incognita.

    23. (i) Mentionnez la cause et le système corporel affecté par le déficit en ADA chez l'homme.
    (ii) Nommez le vecteur utilisé pour transférer l'ADA-ADN dans les cellules receveuses chez l'homme. Nommez les cellules destinataires. [Toute l'Inde 2012]
    Rép. (i) L'ADA est due à la délétion du gène de l'adénosine désaminase. Le système immunitaire du corps est affecté à cause de cela.
    (ii) Le vecteur rétroviral est utilisé pour transférer l'ADA-ADN dans les cellules receveuses de l'homme.
    Cellules receveuses-Lymphocytes.

    24. Expliquez comment une maladie héréditaire peut être corrigée. Donnez un exemple de la première tentative réussie de correction d'une telle maladie ? [Delhi 2011]
    ou
    Comment la thérapie génique est-elle utilisée dans le traitement des patients présentant un déficit en ADA ? [Toute l'Inde 2008C]
    Rép. Les maladies héréditaires peuvent être corrigées par thérapie génique. Il s'agit d'un ensemble de méthodes permettant de corriger ou de remplacer un gène défectueux. La première thérapie génique a été administrée en 1990 à une fillette de 4 ans présentant un déficit en adénosine désaminase (ADA). Elle est due à la suppression du gène de l'adénosine désaminase.
    Le traitement comprend les étapes suivantes :
    (i) Les lymphocytes du sang du patient sont cultivés en culture à l'extérieur du corps.
    (ii) Un ADA fonctionnel, un ADNc (utilisant un vecteur viral rétro) est ensuite introduit dans ces lymphocytes.
    (iii) De tels lymphocytes génétiquement modifiés sont renvoyés dans le sang du patient.
    (iv) Une perfusion périodique d'un tel lymphocyte génétiquement modifié est requise par le patient.

    25. Comment la technologie de l'ADN recombinant aide-t-elle à détecter la présence d'un gène mutant chez les patients cancéreux ? [Toute l'Inde 2011c]
    Rép. Un ADN ou ARN simple brin, marqué avec une molécule radioactive (sonde) est autorisé à s'hybrider avec son ADN complémentaire dans un clone de cellules suivi d'une détection par autoradiographie.
    Le clone ayant le gène muté n'apparaîtra pas sur le film photographique, car la sonde ne sera pas complémentaire du gène muté, ce qui est utile pour détecter la présence d'un gène muté chez les patients cancéreux.

    26. Expliquez le processus d'interférence ARN. [Delhi 2011]
    Rép. Le processus d'interférence ARN (ARNi) est lié à l'extinction d'un ARNm spécifique. C'est une méthode de défense cellulaire chez tous les eucaryotes.
    (i) Un ARN complémentaire se lie à l'ARNm, le rendant double brin et empêche sa traduction.
    (ii) Cet ARN complémentaire pourrait provenir d'une infection par des virus ayant des génomes à ARN ou des éléments génétiques mobiles (transposons) qui se répliquent via un ARN intermédiaire.
    (iii) En utilisant des vecteurs Agrobacterium, des gènes spécifiques de nématodes ont été introduits dans les plantes hôtes.
    (iv) Il produit à la fois de l'ARN sens et anti-sens dans les cellules hôtes.
    (v) Ces deux ARN étant complémentaires l'un de l'autre, forment un ARN double brin (ARNdb) qui a initié l'ARNi, faisant taire l'ARNm spécifique du nématode.
    (vii) Pour cette raison, le parasite n'a pas pu survivre dans un hôte transgénique exprimant un ARN interférent. Ainsi, la plante transgénique est protégée.

    27. Pourquoi l'introduction de lymphocytes génétiquement modifiés chez un patient présentant un déficit en ADA n'est-elle pas un remède permanent ? Suggérer une éventuelle cure permanente. [Delhi 2010]
    Rép. Les lymphocytes génétiquement modifiés ont une durée de vie. Par conséquent, le patient a besoin d'une perfusion périodique de lymphocytes génétiquement modifiés, de sorte que la guérison n'est pas permanente. La guérison peut être permanente si le gène isolé des cellules de la moelle produisant de l'ADA est introduit dans les cellules à des stades embryonnaires précoces.

    28. Comment Eli Lilly a-t-il synthétisé l'insuline humaine ? Mentionnez une différence entre cette insuline et celle produite par le pancréas humain. [Toute l'Inde 2010]
    Rép. (I) Production d'insuline par la société Eli Lilly
    (i) Les séquences d'ADN correspondant aux deux chaînes polypeptidiques, A et B de l'insuline sont synthétisées in vitro.
    (ii) Ils sont introduits dans l'ADN plasmidique d'E. coli.
    (iii) Cette bactérie est clonée dans des conditions appropriées.
    (iv) Le transgène est exprimé sous forme de polypeptides A et B, sécrétés dans le milieu.
    (v) Ils sont extraits et combinés en créant un pont disulfure pour former de l'insuline humaine.
    (II) Les différences entre l'insuline produite par l'ADNr et l'insuline produite par le pancréas sont :
    29.Comment le coton Bt est-il fabriqué pour obtenir une résistance contre le ver de la capsule ? [Delhi 2010C]
    Rép. Les gènes de la toxine Bt cryI Ac et cryllAb contrôlent les vers de la capsule du coton. Ces gènes sont isolés de la bactérie et incorporés dans les plants de coton.
    Les gènes «cry» dans Bacillus thuringiensiscodes pour les protéines insecticides toxiques qui existent sous forme de prototoxines inactives.
    Ces protéines, lorsqu'elles sont exprimées dans les cultures de coton par génie génétique, confèrent une résistance aux ravageurs contre les vers de la capsule du coton et préviennent les dommages. En tant que larve de ces insectes lorsqu'elle se nourrit de parties de cotonnier, la toxine s'active dans leur intestin, lysant leurs cellules et entraînant ainsi la mort, les rendant ainsi résistantes aux parasites.

    30. Soulignez quatre avantages des organismes génétiquement modifiés (OGM). [Étranger 2009 Toute l'Inde 2008C]
    1.Les avantages des OGM sont les suivants :
    (i) Tolérance contre les stress abiotiques, tels que le froid, la sécheresse, le sel, la chaleur.
    (ii) Réduit la dépendance aux pesticides chimiques.
    (iii) Réduire les pertes après récolte.
    (iv) Augmenter l'efficacité de l'utilisation des minéraux par les plantes. Les avantages des OGM sont les suivants
    31. Énumérez les trois techniques de diagnostic moléculaire qui aident à détecter les agents pathogènes chez les patients suspects, Mentionnez un avantage de ces techniques par rapport aux méthodes conventionnelles. [Delhi 2009c]
    Rép. Les techniques de diagnostic moléculaire des agents pathogènes sont les suivantes :
    (i) Réaction en chaîne par polymérase (PCR).
    (ii) Technologie de l'ADN recombinant.
    (iii) Essai d'immunosorbant lié à une enzyme (ELISA).
    L'avantage de ces techniques est qu'elles aident à la détection précoce et au traitement des maladies, ce qui n'est pas possible avec les diagnostics conventionnels.

    32. Développez ELISA. Sur quel principe se base le test ELISA ? Énumérez deux façons par lesquelles une infection peut être détectée par ce test. [Toute l'Inde 2009C]
    Rép. ELISA – Enzyme Linked Immuno Sorbent Assay.
    L'ELISA est basé sur l'interaction antigène-anticorps.
    Les deux façons de détecter la présence d'une infection ou d'une maladie par ELISA sont les suivantes :
    (i) La présence d'antigènes (protéines, glycoprotéines, etc.) est détectée.
    (ii) Les anticorps produits contre l'agent pathogène sont détectés.

    Questions à 3 points

    33.Comment le processus d'interférence ARN a-t-il aidé à empêcher le nématode d'infecter les racines des plants de tabac.
    Rép. Lorsque le nématode infecte les racines des plants de tabac et se nourrit de cellules contenant le gène ARNi. Cet ADN produit à la fois de l'ARN sens et anti-sens dans les cellules hôtes (plante de tabac) et est complémentaire de l'ARNm fonctionnel du nématode. Cette complémentarité entre les deux ARN le rend double brin et, par conséquent, réduit au silence en n'étant pas traduit en protéine. L'interférence avec l'expression de l'ARN et la synthèse des protéines rend difficile la survie du pathogène dans les plants de tabac et donc sa mort. De cette façon, l'interférence ARN protège et contrôle l'infection par les nématodes.

    34. Nommez la plante hôte et sa partie que Meloidogyne incognita infecte. Expliquer le rôle d'Agrobacterium dans la production d'ARNdb dans la plante hôte. [Delhi 2014C]
    Rép. Le nématode Meloidogyne incognita infecte les racines des plants de tabac.
    Les Agrobacterium sont utilisés comme vecteurs porteurs de gènes spécifiques de nématodes à introduire dans la plante hôte. Ces gènes, lorsqu'ils sont exprimés à l'intérieur de la plante hôte, produisent des brins d'ARN sens et anti-sens, complémentaires de l'ARNm fonctionnel des nématodes. Cette liaison entraîne la formation d'ARN double brin et l'inhibition ou le silence de la traduction de l'ARN spécifié. Ce processus est appelé interférence ARN.

    35. Nommez le ravageur qui détruit les capsules de coton. Expliquez le rôle de Bacillus thuringiensis dans la protection de la culture de coton contre le ravageur pour augmenter le rendement. [Toute l'Inde 2013]
    ou
    Comment la plante Btcotton est-elle créée en tant que plante GM ? Comment est-il protégé contre l'infestation par le ver de la capsule ? [Delhi 2013C]
    Rép. Les parasites qui détruisent les boules de coton sont les vers de la capsule du coton et le foreur du coton. Le coton Bt est créé en utilisant certaines souches d'une bactérie, Bacillus thuringiensis (forme courte Btis).
    (i) Cette bactérie produit des protéines qui tuent certains insectes tels que les lépidoptères (la tordeuse des bourgeons du tabac et la légionnaire), les coléoptères (coléoptères) et les diptères (mouches et moustiques).
    (ii) Bacillus thuringiensis forme des cristaux de protéines au cours d'une phase particulière de leur croissance. Ces cristaux contiennent une protéine insecticide toxique.
    (iii) La protéine de la toxine Bt existe sous forme de protoxines inactives, mais une fois qu'un insecte ingère la toxine inactive, elle est convertie en une forme active en raison du pH alcalin de l'intestin qui solubilise les cristaux.
    (iv) La toxine activée se lie à la surface des cellules épithéliales de l'intestin moyen et crée des pores qui provoquent un gonflement et une lyse des cellules entraînant la mort de l'insecte.
    (v) Des gènes spécifiques de la toxine Bt ont été isolés à partir de Bacillus thuringiensis et incorporés dans plusieurs plantes cultivées.
    (vi) La plupart des toxines Bt sont spécifiques à un groupe d'insectes. Par conséquent, la toxine est codée par un gène nommé cry. Par exemple, les protéines codées par les gènes cry I Ac et cry lab contrôlent les vers de la capsule du coton et cry lab contrôlent la pyrale du maïs.

    36. Nommez les gènes responsables de la résistance des plants de cotonnier Bt aux attaques du ver de la capsule Comment ces plantes acquièrent-elles une résistance aux attaques du ver de la capsule. Expliquer. [Delhi 2012]
    Rép. Les gènes cry IAc et cryIIAb contrôlent le ver de la capsule du coton.
    Les gènes «cry» dans Bacillus thuringiensiscodes pour les protéines insecticides toxiques qui existent sous forme de prototoxines inactives.
    Ces protéines, lorsqu'elles sont exprimées dans les cultures de coton par génie génétique, confèrent une résistance aux ravageurs contre les vers de la capsule du coton et préviennent les dommages. En tant que larve de ces insectes lorsqu'elle se nourrit de parties de cotonnier, la toxine s'active dans leur intestin, lysant leurs cellules et entraînant ainsi la mort, les rendant ainsi résistantes aux parasites.

    37. (i) Les plants de tabac sont gravement endommagés lorsqu'ils sont infestés par Meloidogyne incognita. Nommer et expliquer la stratégie qui est adoptée pour arrêter cette infestation,
    (ii) Nommez le vecteur utilisé pour introduire le gène spécifique du nématode dans la plante de tabac. [Toute l'Inde 2012]
    ou
    Comment l'interférence ARN aide-t-elle à développer une résistance chez les plants de tabac à l'infection par les nématodes ? [Delhi 2010]
    Rép. (i) L'infestation de la plante de tabac peut être arrêtée en utilisant l'interférence ARN
    processus (ARNi).
    Processus de l'ARNi
    Le processus d'interférence ARN (ARNi) est lié à l'extinction d'un ARNm spécifique. C'est une méthode de défense cellulaire chez tous les eucaryotes.
    (i) Un ARN complémentaire se lie à l'ARNm, le rendant double brin et empêche sa traduction.
    (ii) Cet ARN complémentaire pourrait provenir d'une infection par des virus ayant des génomes à ARN ou des éléments génétiques mobiles (transposons) qui se répliquent via un ARN intermédiaire.
    (iii) En utilisant des vecteurs Agrobacterium, des gènes spécifiques de nématodes ont été introduits dans les plantes hôtes.
    (iv) Il produit à la fois de l'ARN sens et anti-sens dans les cellules hôtes.
    (v) Ces deux ARN étant complémentaires l'un de l'autre, forment un ARN double brin (ARNdb) qui a initié l'ARNi, faisant taire l'ARNm spécifique du nématode.
    (vii) Pour cette raison, le parasite n'a pas pu survivre dans un hôte transgénique exprimant un ARN interférent. Ainsi, la plante transgénique est protégée.
    (ii) Vecteur utilisé pour introduire le gène spécifique du nématode dans la plante de tabac
    est Agrobactérie.

    38. Comment la biotechnologie a-t-elle aidé à produire un plant de tabac résistant à Meloidogyne incognita ?
    (ii) Pourquoi ce nématode meurt-il en mangeant une telle plante GM ? [Delhi 2010C]
    Rép. (i) Lorsque Meloidogyne incognita (parasite) consomme des cellules avec le gène ARNi, le parasite ne peut pas survivre et cela empêche l'infection. L'ADN introduit forme à la fois un ARN sens et un ARN anti-sens. Ces deux brins étant complémentaires l'un de l'autre sous forme d'ARNs, conduisant à l'ARNi. Ainsi, l'ARNm du nématode est réduit au silence et le parasite ne peut pas y survivre. Cela produit des plants de tabac résistants à Meloidogyne incognita.
    (ii) En raison du processus ARNi, l'ARNm spécifique du nématode est réduit au silence. Le résultat est que le parasite ne pourrait pas survivre en mangeant une telle plante GM ou transgénique (hôte), exprimant un ARN interférent spécifique.

    39. Expliquer l'effet de la délétion du gène de l'ADA chez un individu.
    (ii) Comment la thérapie génique aide-t-elle dans ce cas ? [Toute l'Inde 2010c]
    Rép. (i) La délétion du gène de l'ADA chez un individu conduit à un trouble du déficit en ADA. L'enzyme adénosine désaminase (ADA) est cruciale pour le fonctionnement du système immunitaire.
    (ii) La thérapie génique est utile en cas de déficit en ADA.
    Les maladies héréditaires peuvent être corrigées par thérapie génique. Il s'agit d'un ensemble de méthodes permettant de corriger ou de remplacer un gène défectueux. La première thérapie génique a été administrée en 1990 à une fillette de 4 ans présentant un déficit en adénosine désaminase (ADA). Elle est due à la suppression du gène de l'adénosine désaminase.
    Le traitement comprend les étapes suivantes :
    (i) Les lymphocytes du sang du patient sont cultivés en culture à l'extérieur du corps.
    (ii) Un ADA fonctionnel, un ADNc (utilisant un vecteur viral rétro) est ensuite introduit dans ces lymphocytes.
    (iii) De tels lymphocytes génétiquement modifiés sont renvoyés dans le sang du patient.
    (iv) Une perfusion périodique d'un tel lymphocyte génétiquement modifié est requise par le patient.

    40.Le plasmide est une aubaine pour la biotechnologie. Justifiez cette affirmation en citant la production d'insuline humaine à titre d'exemple. [Toute l'Inde 2009]
    Rép. Le plasmide est un ADN circulaire extra-chromosomique à réplication autonome trouvé dans les cellules bactériennes. Parce qu'il peut se répliquer dans une cellule bactérienne, il est utilisé comme vecteur dans la technologie de l'ADNr.
    La production de chaînes polypeptidiques d'insuline séparément par des plasmides d'E. coli a permis la production artificielle d'insuline humaine mature.
    (I) Production d'insuline par la société Eli Lilly
    (i) Les séquences d'ADN correspondant aux deux chaînes polypeptidiques, A et B de l'insuline sont synthétisées in vitro.
    (ii) Ils sont introduits dans l'ADN plasmidique d'E. coli.
    (iii) Cette bactérie est clonée dans des conditions appropriées.
    (iv) Le transgène est exprimé sous forme de polypeptides A et B, sécrétés dans le milieu.
    (v) Ils sont extraits et combinés en créant un pont disulfure pour former de l'insuline humaine.
    Les différences entre l'insuline produite par l'ADNr et l'insuline produite par le pancréas sont :
    41. Nommez la source et les types de gènes cry isolés pour incorporation dans les cultures par les biotechnologistes. Expliquez comment ces gènes ont apporté des changements bénéfiques dans les cultures génétiquement modifiées. [Toute l'Inde 2009]
    Rép. La source est Bacillus thuringiensis.
    Types de crygènes cry IAc, cry IIAb, cry lAb.
    Changements causés par les gènes cry dans les cultures GM :
    (i) Les gènes cry codent pour certaines protéines cristallines qui contiennent la toxine Bt.
    (ii) La toxine Bt existe sous forme de protoxine inactive et est convertie en forme active (toxine) dans le pH alcalin de l'intestin de l'insecte.
    (iii) La toxine activée se lie aux cellules épithéliales tapissant la surface de l'intestin moyen et crée des pores conduisant au gonflement et à la lyse des cellules et finalement à la mort de l'insecte.
    (iv) De cette façon, les cultures GM présentent une résistance aux insectes nuisibles.

    42. Comment la société Eli Lilly a-t-elle préparé l'insuline humaine ? En quoi l'insuline ainsi produite est-elle différente de celle produite par le gène fonctionnel de l'insuline humaine ? [Étranger 2009]
    Rép.Production d'insuline par la société Eli Lilly
    (i) Les séquences d'ADN correspondant aux deux chaînes polypeptidiques, A et B de l'insuline sont synthétisées in vitro.
    (ii) Ils sont introduits dans l'ADN plasmidique d'E. coli.
    (iii) Cette bactérie est clonée dans des conditions appropriées.
    (iv) Le transgène est exprimé sous forme de polypeptides A et B, sécrétés dans le milieu.
    (v) Ils sont extraits et combinés en créant un pont disulfure pour former de l'insuline humaine.
    Les différences entre l'insuline produite par l'ADNr et l'insuline produite par le pancréas sont :
    43. Que sont les protéines Cry ? Nommez un organisme qui le produit. Comment l'homme a-t-il exploité cette protéine à son profit ? [Delhi 2009c]
    Rép. La cryprotéine (protéine cristalline) est une toxine codée par un gène cry et est toxique pour certains insectes. Ainsi, apporter une résistance aux plantes contre les insectes.
    Bacillus thuringiensis produit la protéine cry.
    Le gène producteur de la protéine Cry est transféré à la plante pour lui conférer une résistance aux larves d'insectes. L'homme a développé plusieurs cultures transgéniques en introduisant ces gènes de bactéries dans des plantes cultivées telles que le coton Bt, le maïs Bt, etc.

    5 points de questions

    44. Nommez la source d'où l'insuline a été extraite plus tôt. Pourquoi cette insuline n'est plus utilisée par les personnes diabétiques ?
    (ii) Expliquer le processus de synthèse de l'insuline par la société EH Lilly. Nommez la technique utilisée par l'entreprise.
    (iii) En quoi l'insuline produite par le corps humain est-elle différente de l'insuline produite par la société mentionnée ci-dessus ? [Toute l'Inde 2011]
    ou
    (i) En quoi l'insuline mature est-elle différente de la proinsuline sécrétée par le pancréas chez l'humain ?
    (ii) Expliquez comment l'insuline fonctionnelle humaine a été produite à l'aide de la technologie de l'ADNr.
    (iii) Pourquoi l'insuline fonctionnelle ainsi produite est-elle considérée comme meilleure que celles utilisées auparavant par les patients diabétiques ? [Delhi 2009]
    Rép. (I) L'insuline a été extraite plus tôt du pancréas de porcs et de bovins abattus. L'insuline obtenue à partir de ces sources a provoqué une certaine allergie ou d'autres réactions à la protéine étrangère.
    (II) Production d'insuline humaine par la société Eli Lilly.
    Production d'insuline par la société Eli Lilly
    (i) Les séquences d'ADN correspondant aux deux chaînes polypeptidiques, A et B de l'insuline sont synthétisées in vitro.
    (ii) Ils sont introduits dans l'ADN plasmidique d'E. coli.
    (iii) Cette bactérie est clonée dans des conditions appropriées.
    (iv) Le transgène est exprimé sous forme de polypeptides A et B, sécrétés dans le milieu.
    (v) Ils sont extraits et combinés en créant un pont disulfure pour former de l'insuline humaine.
    Les différences entre l'insuline produite par l'ADNr et l'insuline produite par le pancréas sont :
    />La société a utilisé la technologie ADNr pour cela.
    (III) Production d'insuline par la société Eli Lilly
    (i) Les séquences d'ADN correspondant aux deux chaînes polypeptidiques, A et B de l'insuline sont synthétisées in vitro.
    (ii) Ils sont introduits dans l'ADN plasmidique d'E. coli.
    (iii) Cette bactérie est clonée dans des conditions appropriées.
    (iv) Le transgène est exprimé sous forme de polypeptides A et B, sécrétés dans le milieu.
    (v) Ils sont extraits et combinés en créant un pont disulfure pour former de l'insuline humaine.
    Les différences entre l'insuline produite par l'ADNr et l'insuline produite par le pancréas sont :
    />45. Nommez le processus impliqué dans la production de plants de tabac résistants aux nématodes, en utilisant le génie génétique. Expliquer la stratégie adoptée pour développer de telles plantes. [Étranger 2011,2009 Toute l'Inde 2009,2008]
    Rép. Le processus impliqué dans la production de plants de tabac résistants aux nématodes est appelé ARN interférence (ARNi), qui implique l'extinction d'un ARNm spécifique.

    46. ​​L'un des principaux objectifs de la biotechnologie est de réduire au minimum l'utilisation d'insecticides sur les cultures. Expliquez, à l'aide d'un exemple approprié, comment des cultures résistantes aux insectes ont été développées à l'aide de techniques de biotechnologie. [Delhi 2009 Étranger 2008]
    Rép. Les parasites qui détruisent les boules de coton sont les vers de la capsule du coton et le foreur du coton. Le coton Bt est créé en utilisant certaines souches d'une bactérie, Bacillus thuringiensis (forme courte Btis).
    (i) Cette bactérie produit des protéines qui tuent certains insectes tels que les lépidoptères (la tordeuse des bourgeons du tabac et la légionnaire), les coléoptères (coléoptères) et les diptères (mouches et moustiques).
    (ii) Bacillus thuringiensis forme des cristaux de protéines au cours d'une phase particulière de leur croissance. Ces cristaux contiennent une protéine insecticide toxique.
    (iii) La protéine de la toxine Bt existe sous forme de protoxines inactives, mais une fois qu'un insecte ingère la toxine inactive, elle est convertie en une forme active en raison du pH alcalin de l'intestin qui solubilise les cristaux.
    (iv) La toxine activée se lie à la surface des cellules épithéliales de l'intestin moyen et crée des pores qui provoquent un gonflement et une lyse des cellules entraînant la mort de l'insecte.
    (v) Des gènes spécifiques de la toxine Bt ont été isolés à partir de Bacillus thuringiensis et incorporés dans plusieurs plantes cultivées.
    (vi) La plupart des toxines Bt sont spécifiques à un groupe d'insectes. Par conséquent, la toxine est codée par un gène nommé cry. Par exemple, les protéines codées par les gènes cry I Ac et cry lab contrôlent les vers de la capsule du coton et cry lab contrôlent la pyrale du maïs.

    47. Développez le nom de l'enzyme ADA. Pourquoi l'enzyme est-elle essentielle dans le corps humain? Proposer une thérapie génique pour sa déficience. [Toute l'Inde 2009]
    Rép. ADA-Adénosine Désaminase. Il est nécessaire au bon fonctionnement du système immunitaire.
    Les thérapies géniques pour le déficit en ADA sont :
    La thérapie génique est utile en cas de déficit en ADA.
    Les maladies héréditaires peuvent être corrigées par thérapie génique. Il s'agit d'un ensemble de méthodes permettant de corriger ou de remplacer un gène défectueux. La première thérapie génique a été administrée en 1990 à une fillette de 4 ans présentant un déficit en adénosine désaminase (ADA). Elle est due à la suppression du gène de l'adénosine désaminase.
    Le traitement comprend les étapes suivantes :

    (i) Les lymphocytes du sang du patient sont cultivés en culture à l'extérieur du corps.
    (ii) Un ADA fonctionnel, un ADNc (utilisant un vecteur viral rétro) est ensuite introduit dans ces lymphocytes.
    (iii) De tels lymphocytes génétiquement modifiés sont renvoyés dans le sang du patient.
    (iv) Une perfusion périodique d'un tel lymphocyte génétiquement modifié est requise par le patient.

    48. Qu'est-ce qu'un déficit en ADA ? Décrivez trois méthodes pour le guérir. [Toute l'Inde 2009]
    Rép. Le déficit en ADA est dû à la délétion du gène de l'adénosine désaminase.
    Les méthodes pour guérir le déficit en ADA sont les suivantes :
    (je) 1ère méthode Dans certains cas, elle peut être guérie par une greffe de moelle osseuse et une thérapie de remplacement enzymatique, mais elle n'est pas totalement curative.
    (ii) 2ème méthode Les lymphocytes du sang du patient ont été cultivés dans une culture et l'ADA fonctionnelle, l'ADNc a été introduit dans ces lymphocytes à l'aide d'un vecteur rétroviral. Les lymphocytes ont ensuite été transférés dans le corps du patient. L'infusion périodique de tels lymphocytes génétiquement modifiés est effectuée parce que ces cellules sont mortelles.
    (iii) 3ème méthode Il s'agit d'une méthode permanente. Les gènes isolés des cellules de la moelle osseuse produisant l'ADA sont introduits dans les cellules au stade embryonnaire précoce.

    49. (i) Qu'est-ce qu'un plasmide ? (ii) Qu'entend-on par déficit en ADA ? Comment la thérapie génique est-elle une solution à ce problème ? Pourquoi n'est-ce pas un remède permanent? [Delhi 2008 Étranger 2008]
    Rép. (i) Le plasmide est une molécule d'ADN extrachromosomique, auto-répliquante, circulaire, double brin que l'on trouve naturellement dans les bactéries.
    (ii) Le déficit en ADA est dû à la délétion du gène de l'enzyme adénosine désaminase. Cette enzyme est cruciale pour le fonctionnement du système immunitaire chez l'homme.
    En thérapie génique, les lymphocytes du sang des patients sont cultivés dans une culture à l'extérieur du corps. Un ADA fonctionnel, l'ADNc est ensuite introduit à l'aide d'un vecteur rétroviral dans les lymphocytes. Ces lymphocytes sont ensuite restitués au patient.
    Parce que ces cellules ne sont pas immortelles, le patient a besoin d'une perfusion périodique de ces lymphocytes génétiquement modifiés.

    50. (i) Pourquoi Bacillus thuringiensis est-il considéré comme approprié pour le développement de plantes GM ?
    (ii) Expliquez comment il a été utilisé pour développer des cultures GM. (Étranger 2008)
    Rép. (ii) Bacillus thuringiensis produit une protéine qui est toxique pour les larves d'insectes comme le ver de la capsule, la tordeuse des bourgeons, les mouches, le coléoptère, etc. Le gène de la toxine Bt est cloné à partir de la bactérie et a été exprimé dans les plantes pour fournir une résistance aux insectes sans avoir insecticides chimiques.
    (ii) La méthode de développement des plantes GM implique
    (a) le crygène codant pour les protéines a été isolé à l'aide d'enzymes de restriction. Ils sont clonés dans les vecteurs puis introduits dans les plantes cultivées souhaitées. Les différents types de crygènes qui codent pour les cryprotéines spécifiques aux insectes sont crylAc et cryllAb qui contrôlent le ver de la capsule du coton. crylAb contrôle la pyrale du maïs.
    (b) Les plantes transgéniques, c'est-à-dire le coton Bt, le maïs Bt, le riz Bt, produisent la protéine dans leurs cellules et expriment une résistance aux insectes nuisibles.

    51. (i) Pourquoi certains cotonniers sont-ils appelés cotonniers Bt ?
    (ii) Expliquez comment le coton Bt est résistant aux ravageurs. [Delhi 2008C]
    Rép. (i) Les plants de coton Bt sont des plants génétiquement modifiés qui contiennent du crygène obtenu à partir de Bacillus thuringiensis (Bt). La toxine Bt est codée par crygene et produite par la bactérie Bacillus thuringiensis (Bt).
    (ii) Des gènes spécifiques de la toxine Bt ont été isolés de cette bactérie et incorporés dans plusieurs plantes cultivées telles que le coton pour fournir une résistance contre les insectes et les ravageurs.
    Par conséquent, ces cotonniers contenant des gènes Bt sont appelés cotonniers Bt.
    Les gènes de la toxine Bt cry IAc et cry II Ab contrôlent les vers de la capsule du coton. Ces gènes sont isolés de la bactérie et incorporés dans les plants de coton.
    Les gènes «cry» dans Bacillus thuringiensiscodes pour les protéines insecticides toxiques qui existent sous forme de prototoxines inactives.
    Ces protéines, lorsqu'elles sont exprimées dans les cultures de coton par génie génétique, confèrent une résistance aux ravageurs contre les vers de la capsule du coton et préviennent les dommages. En tant que larve de ces insectes lorsqu'elle se nourrit de parties de cotonnier, la toxine s'active dans leur intestin, lysant leurs cellules et entraînant ainsi la mort, les rendant ainsi résistantes aux parasites.


    Remerciements

    Cette étude a été réalisée par les supports suivants : Grants-in-Aid for Creative Scientific Research (N°18GS0313 à HT), Recherche Scientifique sur les Domaines Prioritaires (N°19060002 à HT N°19060001 à MS), Recherche Scientifique (A) (No. 17207005 à HT et GH) L'Université de Sydney (à MEB) la Deutsche Forschungsgemeinschaft (Le1412-3/1) et l'Institut pour la promotion de l'innovation par la science et la technologie en Flandre pour des bourses doctorales et postdoctorales et FP7-Marie Curie programme pour la bourse IEF MC-273068 aux collègues de MVL Les auteurs remercient le comité d'organisation de l'IBC 2011, de leur avoir donné l'opportunité d'avoir le symposium qui a abouti à cet article de synthèse.


    IDENTIFICATION BACTÉRIENNE PAR SÉQUENÇAGE D'ARNR 16S

    Bactéries ou isolats non identifiés aux profils ambigus.

    L'une des utilisations potentielles les plus intéressantes de l'informatique de séquence de gènes de l'ARNr 16S est de fournir une identification de genre et d'espèce pour les isolats qui ne correspondent à aucun profil biochimique reconnu, pour les souches générant uniquement une identification de « vraisemblance de clow » ou « acceptable » selon aux systèmes commerciaux, ou pour des taxons qui sont rarement associés à des maladies infectieuses humaines. Les résultats cumulés d'un nombre limité d'études à ce jour suggèrent que le séquençage du gène de l'ARNr 16S permet l'identification du genre dans la plupart des cas (㺐%) mais moins en ce qui concerne les espèces (65 à 83%), avec de 1 à 14& #x00025 des isolats restant non identifiés après le test (5, 11, 17). Les difficultés rencontrées pour obtenir l'identification d'un genre et d'une espèce incluent la reconnaissance de nouveaux taxons, un nombre insuffisant de séquences déposées dans des bases de données de nucléotides, des espèces partageant des séquences d'ARNr 16S similaires et/ou identiques, ou des problèmes de nomenclature résultant de plusieurs génomovars attribués à une seule espèce ou à des complexes.



Commentaires:

  1. Fitz Gibbon

    Je me suis spécialement inscrit pour participer à la discussion.

  2. Kubas

    Demandez à votre calculatrice

  3. Josu?

    Eh bien, comme on dit, le temps efface l'erreur et polisse la vérité

  4. Ormund

    Je félicite, quels mots ..., la magnifique pensée

  5. Majeed

    la question Utile

  6. Eliseo

    La probabilité de telles coïncidences est pratiquement nulle ... tirez vos propres conclusions

  7. Dairisar

    Pas de temps pour l'amour maintenant, Fin. La crise est une chose sérieuse



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