Information

Hur länge är DNA stabilt i en frys?

Hur länge är DNA stabilt i en frys?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Inspirerad av inlägget om att extrahera husdjurs-DNA, hur länge skulle genomiskt DNA vara stabilt i en -20°C frys? Det är vanligt att lagra DNA (dubbelsträngat, plasmid) i en -20°C frys i labbet, men skulle genomiskt DNA hålla längre i en -80°C frys? Med båda metoderna, hur länge skulle den vara stabil?


Om DNA:t är rent bör det hålla ganska länge. Om det finns enzymer och andra biologiska molekyler där så kommer -80C att fungera mycket bättre.

Jag tror att du kan hålla rent DNA vid -20C praktiskt taget på obestämd tid.

Renhet är huvudfrågan där, även pH-stabiliserad, förseglad ordentligt, etc. Det gör hela skillnaden.


Du kan lagra ditt DNA i 1 vecka vid -4C och i en månad vid -20C men med lagring av DNA under dessa tidsperioder dras 10-15% av utbytet från ditt DNA-prov.


Vad är hållbarheten för DNA?

Foto av Andrew Cowie/AFP/Getty Images

Kroppen av Richard III har hittats under en parkeringsplats i Leicester, England, enligt experter från University of Leicester. DNA-test användes för att matcha den ökända kungen med DNA från en ättling till hans syster. Vad är hållbarheten för DNA?

Ungefär en månad till en miljon år, teoretiskt. Nedbrytningshastigheten för DNA beror på förhållandena för dess lagring och förpackning. Framför allt beror det på om DNA:t utsätts för värme, vatten, solljus och syre. Om en kropp lämnas ute i sol och regn, kommer dess DNA att vara användbart för testning i bara några veckor. Om det är begravt några meter under marken kommer DNA:t att hålla i cirka 1 000 till 10 000 år. Om den är frusen i Antarktis is kan den hålla i några hundra tusen år. För bästa resultat bör proverna torkas, vakuumförpackas och frysas vid cirka -80 grader Celsius. Även då kommer omgivande strålning sannolikt att göra DNA oigenkännligt innan det firar sin miljonårsdag.

Vissa forskare hävdar att DNA skulle kunna överleva bortom våra nuvarande teoretiska uppskattningar. Faktum är att flera forskare har hävdat att de hittat DNA som är hundratals miljoner år gammalt. 2009 rapporterade ett team av forskare att de hade hittat 419 miljoner år gammalt DNA inuti gamla saltavlagringar i Michigan Basin. Om det bekräftas skulle det vara det äldsta DNA som någonsin upptäckts. Vissa experter som studerar forntida DNA är dock mycket skeptiska till dessa påståenden och noterar att de vanligtvis visar sig vara produkten av kontaminering i labbet. Andra forskare som studerar fågelben har uppskattat att DNA under idealiska förhållanden har en halveringstid på cirka 521 år, vilket innebär att det skulle brytas ner så mycket att det är värdelöst efter cirka 1 miljon år.

Trots vad John Hammond och Mr. DNA kan berätta för dig, gör inte bärnsten faktiskt ett bra jobb med att hålla DNA färskt. Medan den fossiliserade trädsaften kan bevara insektsskelett i tiotals miljoner år, bryts DNA inuti insekterna ner mycket snabbt. När organismen dör frigörs enzymer som börjar bryta ner DNA nästan omedelbart. På samma sätt kan egyptiska mumier se välbevarade ut – många av proteinerna i deras hår och muskler är intakta – men deras DNA har vanligtvis sönderfallit snabbt i värmen. Som en allmän regel är det yttre inte en bra indikator på om DNA fortfarande är intakt.

Det förmodligen äldsta DNA som någonsin hittats upptäcktes i frusen lera som tagits från basen av ett inlandsis på Grönland. Den beräknas vara 450 000 till 800 000 år gammal. Provet innehöll genetiskt material från fjärilar, tallar och andra organismer. Det frusna slammet slog rekordet som tidigare hölls av växter frusna i is i Sibirien, som växte där för 400 000 år sedan. Neandertal-DNA har hittats som är cirka 100 000 år gammalt. När det gäller moderna människor har det äldsta DNA som hittills återfunnits bara varit cirka 5 000 till 7 000 år gammalt. År 2008 använde forskare DNA-prover som var tusentals år gamla för att sekvensera arvsmassan hos den utdöda ulliga mammuten. Medan många har undrat om vi kanske kan klona en av varelserna, erbjuder en sådan strävan enorma utmaningar. Medan spanska forskare framgångsrikt återupplivade en utdöd art av stenbock 2009, dog den av andningssvårigheter sju minuter senare, troligen på grund av brister i dess DNA.

I sina ansträngningar att identifiera Richard III använde forskarna ett slags DNA som kallas mitokondriellt DNA - så kallat eftersom det finns i cellens mitokondrier snarare än i kärnan. Mitokondrie-DNA innehåller inte det fullständiga mänskliga genomet, vilket gör det inte lika användbart för många forskares syften. Men eftersom det är mer rikligt – det finns ofta hundratals mitokondrier i en cell, och bara en kärna – är oddsen bättre att du kan hitta mitokondriellt DNA intakt än nukleärt DNA.


Introduktion

"Min aning är - och jag är inte ensam om detta - att det nästa decennium eller så kommer att användas tekniskt. Maskinen kan vara mycket mindre den kan bära en mycket större uppsättning data." 1964, bara 7 år efter upptäckten av strukturen hos DNA 1, diskuterade Wiener och Neiman den potentiella densitetsfördelen med att använda nukleinsyror som en form av minneslagring 2 . Över ett halvt sekel senare har framsteg i vår förståelse av DNAs egenskaper bekräftat dess höga teoretiska informationstäthet på nästan 455 miljarder GB data per gram 3 ,

6 storleksordningar större än till och med de mest avancerade lagringssystemen för magnetband 4 . DNA ger också en mängd andra unika potentiella fördelar, inklusive kraftigt parallelliserade beräkningar inom själva lagringssystemet 5,6, låga energikrav 7,8,9, snabb högkapacitetstransport av data 10, potentiellt längre livslängder och stabilitet på decennier eller århundraden jämfört med konventionella medier som byts ut vart 3–5 år, samt enkel replikering 11 av molekylärbiologiska metoder för att avvärja nedbrytning. Även om det har tagit mer än bara det decennium Wiener förutspått, har en stor mängd kunskap inom molekylärbiologi 12,13 och dator- och informationssystem 14,15 utvecklats under den mellanliggande perioden som har lagt grunden för det senaste intresset och investeringarna i DNA-baserad informationslagringsteknik.

Naturen hos Wieners "maskin" kommer att förbli i konstant förändring och utveckling. Faktum är att flera typer av system kan uppstå för att adressera olika applikationer, från långvarig "skriv-en gång-läs-aldrig" arkivlagring till mycket dynamisk och ofta åtkomlig datalagring, potentiellt med beräkningskapacitet i lagringsutrymmet. Det är viktigt att föreställa sig dessa möjliga typer av DNA-informationslagringssystem och de olika enhetsprocesser som kommer att omfatta dessa system, och identifiera hur de kemiska, fysikaliska och kodande egenskaperna hos DNA kommer att påverka deras design. Eftersom DNA eller en analog kommer att vara substratet för denna klass av polymera system, kommer dess stabilitet under olika miljö- och processförhållanden att vara en central designövervägande, som informerar om naturen hos både fysiska enhetsprocesser och kodningsalgoritmer.

Ett DNA-lagringssystem från ände till ände visas i fig. 1 med generiska enhetsprocesser. Eftersom tillämpningarna sträcker sig från kall arkivlagring till ofta åtkomliga eller till och med dynamiskt manipulerade data, utsätts DNA:t för mer manipulation såsom fasförändringar eller fysisk skjuvning genom vätskehantering, och för mer distinkta typer av miljöförhållanden såsom buffertar med olika saltkoncentrationer och pH-värden. Dessa ger fler möjligheter till försämring såväl som specifika försämringsmekanismer som kan påverka kodningsstrategier och källor för data och avkodningsfel (Fig. 1). Här granskar vi vad som är känt om stabiliteten hos DNA under vart och ett av dessa förhållanden, organiserat efter deras relevans för system med olika driftstidsskalor. Vi tillhandahåller sedan en kvantitativ analys av de relativa avvägningarna i densitet, fysisk redundans och kodningsstrategier som måste offras för att uppnå allt mer sofistikerade systemfunktioner såsom ökad åtkomstfrekvens och beräkning i lagringsutrymme.

(Överst) Ett generiskt DNA-baserat system som visar olika typer av lagringslägen. (Mellan) Funktionella och fysiska egenskaper för varje lagringsläge. (Längst ned) Molekylära skademekanismer som är mest relevanta för varje lagringsläge.

Det kommer att vara användbart att också beskriva de molekylära arkitekturer som är gemensamma för nästan alla DNA-lagringssystem som hittills föreslagits. DNA-lagringssystem består av många filer, och varje fil består av många distinkta DNA-strängar som vanligtvis är

150–200 nt lång eftersom det är den nuvarande gränsen för fosforamiditsynteskemi, men kan vara längre med tekniska framsteg. Alla strängar som omfattar en fil delar en gemensam adresssekvens belägen på ena eller båda ändarna av strängarna. Dessa adresser kan läsas och hämtas med PCR eller transkription. Mutationer inom strängar, eller förlust av strängar på grund av brott eller degradering skulle leda till potentiella avkodningsfel eller till och med fullständig förlust av information. Därför används vanligtvis felkorrigeringskoder för att hjälpa till att kompensera för fel och förlorade strängar med avvägningen av minskad informationstäthet.


VII. Arbeta med E. coli

A. Småskaliga kulturer

Experiment med E. coli-celler bör alltid göras på färska kulturer, antingen från en nystrimmig platta eller från en glycerolstam. Att växa i liten skala E coli odling, förbered 3-5 ml LB (eller lämplig buljong - inkludera antibiotika om kulturen innehåller en plasmid) i två sterila 50 ml rör. (Obs: mindre rör kan användas men kulturen kommer inte att luftas på lämpligt sätt och kommer därför inte att växa bra och rekommenderas inte). Inokulera ett rör med en enda koloni från en ny platta eller en skrapning från en glycerolstam. Det andra röret används som buljongkontroll. Inkubera båda rören vid 37 grader C, skaka kraftigt över natten. Inspektera rören nästa morgon. Buljongkontrollen ska vara klar och den inokulerade kulturen ska vara mycket grumlig. Anteckna eventuellt skräp som finns i rören och inkubera bara längre om kulturen inte är tät. Låt inte cellerna växa över. Använd omedelbart. För vissa applikationer kan celler lagras vid 4 grader C under korta perioder före användning.

B. Permanent förvaring

För varje kultur som används, i synnerhet för nykonstruerade stammar eller för celler som innehåller plasmider, måste en permanent glycerolstam beredas så snart konstruktionen har bekräftats och detta lager måste placeras i laboratoriets lagersamling med lämplig dokumentation och platsinformation. Underlåtenhet att följa dessa procedurer kommer att resultera i allvarliga påföljder. Denna procedur gäller inte bara E coli men till vilken organism som helst för vilken en djupfryst lager kan framställas. Dessutom måste alla plasmidkonstruktioner, inklusive konstruktionsintermediärer, bibehållas i celler, inte som nakna DNA-lager. För varje konstruktion bör minst 2 lager göras. För att förbereda en glycerolstam för E. coli-celler, kombinera 1,4 ml av en nyodlad över natten kultur med 0,6 ml steril 50% glycerol. Blanda väl. Överför till två frysflaskor märkta med stammens namn, datum och dina initialer (inte ett eppendorfrör). Placera omedelbart i ett torris/etanolbad eller i en låda i -80 grader C frysen. Notera platsen och skriv in data i stamboken.

Denna webbsida underhålls av Julie B. Wolf, UMBC
Senast uppdaterad 2010-03-02

är designad för studenter som är intresserade av karriärer inom industriella och biomedicinska vetenskaper.


Hur länge är DNA stabilt i en frys? - Biologi

En officiell webbplats för USA:s regering

Officiella webbplatser använder .gov
A .gov webbplatsen tillhör en officiell statlig organisation i USA.

Säkra .gov-webbplatser använder HTTPS
A låsa ( Lås Ett låst hänglås

) eller https:// betyder att du säkert har anslutit till .gov-webbplatsen. Dela endast känslig information på officiella, säkra webbplatser.

U.S.A. DEPARTMENT OF Agriculture

Forskning om bevarande av jordbruksgenetiska resurser: Fort Collins, CO

Allmänna frågor om bevarande:

Vad är genetiska resurser? Genetiska resurser är levande material som grödor, boskap, besläktade arter, sällsynta och hotade sorter och raser som inkluderar gener, genetiska kombinationer (a.k.a. genotyper) eller genetiska frekvenser som ger mångfald till framtida sorter eller raser. Inom jordbruket används genetiska resurser av uppfödare för att öka avkastningen och stresstolerans, förbättra näring och lägga till värde, skönhet, smak och anpassningsförmåga.

Vad är germplasma? Germplasma är en uppsättning propagula som bär den önskade genetiska resursen (dvs gener, genetiska kombinationer eller genfrekvenser).

Vad är en anslutning? En accession är ett genetiskt unikt växtprov från en viss geografisk plats. På NLGRP kan en accession vara en påse med frön, växtvävnadskulturer eller knoppar från kvistar av fruktgrödor. NLGRP lagrar ibland mer än ett prov av en viss anslutning. När prover återodlas eller reproduceras, har den efterföljande generationen samma accessionsnummer som det överordnade provet. Det nya provet har ett lagernummer som identifierar generationsnumret.

Vad är en propagula? En propagula är en vävnad, ett organ eller en växtdel som kan regenereras till en hel växt (d.v.s. frön, sticklingar och knopp).

Vad är genetisk mångfald? Genetisk mångfald är variation i livet som är ärftlig. Moderna grödor eller boskapsraser kan ha en låg mångfald på grund av upprepat urval för önskvärda egenskaper och utbredd användning av få individer eller sorter. Populationer blir olika genom mutationsprocesser och sexuell reproduktion. Naturligt urval verkar på denna mångfald för att gynna de förändringar som möjliggör den bästa överlevnaden i en viss miljö. Populationer som har mycket genetisk mångfald kan överleva dynamiska miljöer bättre än populationer som har låg genetisk mångfald. Genetisk mångfald är det som gör det möjligt för uppfödare att förbättra växtsorter och djurraser.

Vad är en klon? En klon är en grupp genetiskt identiska celler som härstammar från en enda gemensam förfader, en eller flera organismer som härstammar asexuellt från en enda förfader, en som är en exakt kopia av en annan (Webster II. The Riverside Publishing Company, 1984).

Vad är kryokonservering? Kryokonservering är en process för att kyla celler eller olika typer av vävnader till temperaturer under noll för att effektivt bromsa livsprocesser utan att skada materialet. Växtvävnader eller växtceller kryokonserveras vanligtvis vid flytande kväve (-196 o C) eller ånga av flytande kväve (ca -156 o C).

Vad är växtvävnadskulturer? Växtvävnadskulturer är växtvävnad, celler eller växtorgan som upprätthålls eller förökas in vitro under aseptiska förhållanden på sterilt odlingsmedium. Denna metod för växtförökning kallas ofta mikroförökning. Växter som härrör från en ursprunglig propagule (växt, vävnad eller cell) är kloner.

Vad är ett motsträvigt frö? Ett motsträvigt frö, till skillnad från de flesta grödor, är ett frö som inte kan överleva torkning och därför inte kan överleva i frysen. Konservering av motsträviga frön kräver en procedur som förhindrar skador genom torkning eller frysning. Detta har åstadkommits i flera arter genom att skära ut den växande delen av fröet, optimera vattenhalten och kyla mycket snabbt. Motstridiga frön produceras ofta av skogsträd i tempererade zoner, arter vid kusten och växter från tropikerna. Exempel på motsträviga frön är ekfrön, vildris och citrus.

Varför finns NLGRP i Fort Collins, Colorado? Det torra klimatet var en primär orsak till att USDA National Seed Storage Laboratory (NSSL) var beläget i Fort Collins, CO. Med en genomsnittlig relativ luftfuktighet på cirka 30 % behövdes liten ansträngning för att justera fröets fukthalt till den optimala nivån som behövdes för långtidsförvaring. På 1950-talet en professor vid Colorado State University, Dr. D.W. (Scotty) Robertson, var mycket aktiv för att främja bevarande av bakterieplasma. En kornuppfödare, Dr. Robertson, hävdade att en bassamling för genetiska resurser borde upprättas och arbetade för att få laboratoriet att bygga på Colorado State Universitys campus. Beet Sugar Development Foundation stödde också dessa ansträngningar.

Vad är NLGRP-kapaciteten? NLGRP har kapacitet att lagra mellan en och 1,5 miljoner accessioner, beroende på propagulans storlek, i lagringsvalv kylda till -18 o C (konventionell lagring). Dessutom har NCGRP en kapacitet på 220 kryotankar, där varje kryotank rymmer cirka 3 000 frön och 70 000 spermatillgångar.

Hur säkra är samlingarna? Anläggningen har skyddad tillgång till alla arbetsområden i byggnaden. Lagringsområdena, inklusive frövalven och kryogenrummet, begränsas ytterligare av extra säkerhet med begränsad åtkomst för endast ett fåtal individer, ytterligare låsta dörrar, säkerhetskameror och kodad information på provpåsar. Valvområdet är befäst mot tornados och översvämningar och det finns mekaniska reservsystem.

Kan någon få frön från NLGRP? Distributionerna görs för forskningsändamål från NPGS-platserna runt om i USA.

Var kommer bakterieplasman ifrån och vem donerar den? Germplasm kommer från hela världen och det doneras av samlare, uppfödare eller experter på systematik som lokaliserar material med ovanliga eller intressanta egenskaper som så småningom kan vara användbara inom jordbruket. Till exempel kan en samlare hitta ett äpple med ovanlig smak eller en vetelandras som är resistent mot bladlöss. Det mesta av groddplasman för jordbruksgrödor kommer från området där den grödan utvecklades. Detta område, känt som Center for Diversity, tros ha den högsta genetiska variationen i det minsta geografiska området.

Räddar NLGRP hotade växtarter? I samarbete med naturvårdsgrupper lagrar vi frön av hotade arter. Denna aktivitet kan bevara den återstående genetiska mångfalden hos en hotad art tills den återinförs i inhemska livsmiljöer.

Hur stor är NLGRP-växtsamlingen? Det finns mer än 500 000 accessioner i samlingen. Varje anslutning innehåller cirka 3 000 till 5 000 frön, beroende på artens reproduktionsbiologi.

Hur många arter finns i NLGRP-växtsamlingen? Cirka 12 000. Förändrade behov för amerikanskt jordbruk och landskap kommer att leda till en oundviklig ökning av antalet arter som samlas in och lagras på NLGRP.

Hur begär jag germplasma? Sök och begär germplasma med GRIN-Global.

Vilket är det bästa sättet att lagra frön? Låt frön torka i några veckor på en plats med cirka 20 % relativ luftfuktighet. Förvara sedan frön i ångtäta behållare som en glasburk eller förseglad fuktsäker påse på en kall plats som en hemfrys.

Hur länge kan frön överleva i lagring? Fröets livslängd beror på lagringsförhållanden och frökvalitet. Vi förväntar oss att de flesta oskadade frön som är ordentligt torkade kommer att överleva cirka hundra år i konventionell lagring (-18C) och cirka tusen år under kryogena (flytande kväve) förhållanden.

Vilket är det äldsta levande fröet? De mest tillförlitliga studierna visar att vissa frön i jord på arkeologiska platser överlevt i 100 till 1 700 år. (t.ex. Odum 1965. Groning av antika frön: floristiska observationer och experiment med arkeologiskt daterade jordprover. Dan. Bot, Arkiv 24(2):1-70 Shen-Miller, J., Mudgett, MB, Schopf, JW, Clarke, S. och Berger, R. 1995. Exceptionell livslängd och robust tillväxt: Ancient sacred lotus from China. American Journal of Botany).

Hur länge håller DNA? DNA, den genetiska koden, som finns i allt liv, är en mycket stabil molekyl. Fragment som är tusentals år gamla har hittats i arkeologiska artefakter, särskilt om artefakterna har hållits torra eller fria från mikrober som orsakar förfall.

Kan jag plantera frön från ett äpple jag verkligen gillade? Du kan plantera frön från det äpplet och få ett träd om cirka 5-10 år, men frukten från det nya trädet kommer inte att vara densamma som äpplet du njöt av. Detta beror på att fruktkvaliteten är specifik för moderväxten, och moderträdet och avkommaträdet är genetiskt olika. De flesta fruktgrödor måste korspollinera för att producera frön. För fruktgrödor upprätthålls vanligtvis samma genetiska linje genom att ympa knopp från moderplantan på en grundstam eller rota stjälkar som skärs från moderplantan.


Se till att din provkvalitet bibehålls

Stabiliteten för dina biologiska prover är viktig för att säkerställa att dina data och resultat är korrekta och inte partiska. Det bästa sättet att säkerställa att dina prover förblir stabila under transport och lagring är att se till att du har en tillförlitlig provinsamlingsmetod som effektivt kan stabilisera ditt DNA under långa tidsperioder vid omgivande och förhöjda temperaturer.

Om du är intresserad av att lära dig mer om våra Oragene®- och ORAcollect®-produkter, skicka oss ett e-postmeddelande på [email protected] eller klicka på knappen nedan för att begära testkit för utvärdering.

Relaterade bloggar:

Referenser:

[1] Hansen et al. Insamling av blod-, saliv- och buckala cellprover i en pilotstudie på den danska sjuksköterskekohortens jämförelse av responshastigheten och kvaliteten på genomiskt DNA. Cancer Epidermiol Biomarkers & Prevention. 2072-6 (2007).

[2] Galbete C et al. Livsstilsfaktorer modifierar fetma risk kopplad till PPARG2 och FTO varianter i en äldre befolkning: en tvärsnittsanalys i SUN-projektet. Gener Nutr. 8(1):61-67 (2013).

[3] Anthonappa et al. Utvärdering av långtidslagringsstabilitet om saliv som en källa till mänskligt DNA. Clin Oral Invest 17:1719-1725 (2013).

[4] Davis R et al. Provinsamling inom CRN: en kritisk bedömning. CRN (2010).

[8] Karni et al. Termisk nedbrytning av DNA. DNA och cellbiologi. 32. (2013) 10.1089/dna.2013.2056.


Hur länge håller DNA?

Även minimal exponering för kriminalteknisk vetenskap på program som CSI och NCIS kommer att imponera på en tittare vilken enorm stor sak DNA-analys är. Det är motsatsen till indicier: obestridliga bevis på någons identitet som är omöjliga att förfalska, förutom att byta ut ett prov mot ett annat. Tekniken kan tillämpas på mordoffer eller sedan länge döda engelska kungar eller oäkta barn och deras vårdnads-undvikande fäder – vilket ämne som helst från vilket intakt genetisk information kan extraheras – och det är det som gör DNA till ett lika värdefullt verktyg i antropologiska studier som det är. i polisutredningar. För en sedan länge död individ har DNA ett utgångsdatum, men när exakt är det?

Hela formeln för mänskligt liv är kodad i de submikroskopiska molekylerna av deoxiribonukleinsyra, och har funnits under alla stadier av evolutionen. Precis som fingeravtryck är genetisk kod speciell för en individ, vilket gör den till en unik identifierare i avsaknad av annan information, som moderna tandjournaler. DNA är dock ömtåligt och bryts ner med tiden. Hur lång tid nedbrytningsprocessen tar kommer att variera med omständigheterna under vilka den påträffas. Ta till exempel om DNA utsätts för elementen: Liksom människokroppen själv sönderfaller DNA med ökande snabbhet i närvaro av värme, vatten, solljus och syre. Dessa väsentliga livsvillkor påskyndar också dödsprocessen, vilket potentiellt gör DNA värdelöst för analys inom några veckor.

Forskare har uppskattat att under de mest idealiska förhållandena kan DNA teoretiskt överleva i maximalt en miljon år. Även om ett team av forskare nyligen hävdade att de upptäckt 419 miljoner år gammalt genetiskt material som tillhör förhistoriska bakterier i Michigan Basin, har andra inom området högljutt ifrågasatt påståendet, särskilt i ljuset av ett tidigare prov som tros vara 250 miljoner år. gammal, men senare bevisad kontaminerad av närvaron av modernt DNA. De äldsta faktiska DNA-proverna kommer från Grönland (det isiga, i motsats till Island, det gröna), extraherat från under en mil av is, en "perfekt, naturlig frys" för DNA-bevarande. De 450 000 till 800 000 år gamla proverna ger bevis på grönt liv på den nu i stort sett karga landmassan.

När det gäller mänskligt genetiskt material hålls rekordet för äldsta neandertal-DNA av ett 100 000 år gammalt prov som hittats i en belgisk grotta. Det längsta varaktiga provet av mänskligt DNA upptäcktes i nordöstra Spanien och har en överlevnadsålder på 7000 år. I båda fallen tillät tekniker som pionjärer av Dr Rhonda Roby forskare att använda mitokondrie-DNA snarare än den typ som finns i cellkärnan, även om mitokondriellt DNA bara innehåller partiell genetisk information, ger det tillräckliga bevis för identifiering och finns i större mängd än nukleärt. DNA, vilket ökar dess chanser att överleva.

Hur länge håller DNA? Det korta svaret är att det är komplicerat och bestäms av ett antal oförutsägbara faktorer som väder och organismens sista viloplats. Ditt DNA kan vara det molekylära arvet du lämnar efter dig, men när du väl är död finns det inte så mycket du kan göra åt det.


Innehåll

Dubbelhelixmodellen av DNA-struktur publicerades först i tidskriften Natur av James Watson och Francis Crick 1953, [5] (X,Y,Z-koordinater 1954 [6] ) baserat på arbetet av Rosalind Franklin och hennes elev Raymond Gosling, som tog den avgörande röntgendiffraktionsbilden av DNA märkt som "Foto 51", [7] [8] och Maurice Wilkins, Alexander Stokes och Herbert Wilson, [9] och basparande kemisk och biokemisk information av Erwin Chargaff. [10] [11] [12] [13] [14] [15] Den tidigare modellen var trippelsträngat DNA. [16]

Insikten om att strukturen hos DNA är den hos en dubbelhelix belyser mekanismen för basparning genom vilken genetisk information lagras och kopieras i levande organismer och anses allmänt vara en av de viktigaste vetenskapliga upptäckterna på 1900-talet. Crick, Wilkins och Watson fick vardera en tredjedel av 1962 års Nobelpris i fysiologi eller medicin för sina bidrag till upptäckten. [17]

Hybridisering är processen där komplementära baspar binds för att bilda en dubbelhelix. Smältning är den process genom vilken interaktionerna mellan strängarna i dubbelhelixen bryts, vilket separerar de två nukleinsyrasträngarna. Dessa bindningar är svaga, lätt att separera genom försiktig uppvärmning, enzymer eller mekanisk kraft. Smältning sker företrädesvis vid vissa punkter i nukleinsyran. [18] T och A rika regioner smälter lättare än C och G rika regioner. Vissa bassteg (par) är också känsliga för DNA-smältning, som t.ex T A och T G. [19] Dessa mekaniska egenskaper återspeglas genom användningen av sekvenser som t.ex TATA i början av många gener för att hjälpa RNA-polymeras att smälta DNA för transkription.

Strängseparation genom försiktig upphettning, som används vid polymeraskedjereaktion (PCR), är enkel, förutsatt att molekylerna har färre än cirka 10 000 baspar (10 kilobaspar eller 10 kbp). Sammanflätningen av DNA-strängarna gör långa segment svåra att separera. Cellen undviker detta problem genom att låta dess DNA-smältande enzymer (helikaser) arbeta samtidigt med topoisomeraser, som kemiskt kan klyva fosfatryggraden i en av strängarna så att den kan snurra runt den andra. Helikaser lindar upp strängarna för att underlätta utvecklingen av sekvensläsande enzymer såsom DNA-polymeras.

Geometrin för ett bas- eller basparsteg kan karakteriseras av 6 koordinater: skift, glid, höjning, lutning, rullning och vridning. Dessa värden definierar exakt platsen och orienteringen i rymden för varje bas eller baspar i en nukleinsyramolekyl i förhållande till dess föregångare längs helixens axel. Tillsammans karaktäriserar de molekylens spiralformade struktur. I regioner av DNA eller RNA där vanligt strukturen är störd, kan förändringen i dessa värden användas för att beskriva sådan störning.

För varje baspar, betraktat i förhållande till dess föregångare, finns det följande baspargeometrier att beakta: [20] [21] [22]

  • Klippa
  • Sträcka
  • Sprida
  • Spänne
  • Propeller: rotation av en bas i förhållande till den andra i samma baspar.
  • Öppning
  • Flytta: förskjutning längs en axel i basparplanet vinkelrätt mot det första, riktat från det mindre till det stora spåret.
  • Glida: förskjutning längs en axel i basparets plan riktad från en sträng till den andra.
  • Stiga: förskjutning längs spiralaxeln.
  • Luta: rotation runt växlingsaxeln.
  • Rulla: rotation runt glidaxeln.
  • Vrida: rotation runt stigaxeln.
  • x-förskjutning
  • y-förskjutning
  • lutning
  • dricks
  • tonhöjd: höjden per helt varv av helixen.

Stig och vrid bestämmer spiralens handenhet och stigning. De andra koordinaterna kan däremot vara noll. Slide och shift är vanligtvis små i B-DNA, men är betydande i A- och Z-DNA. Rulla och luta gör på varandra följande baspar mindre parallella och är vanligtvis små.

Observera att "lutning" ofta har använts på olika sätt i den vetenskapliga litteraturen, med hänvisning till avvikelsen av den första, inter-stränga basparaxeln från vinkelräthet till helixaxeln. Detta motsvarar glidning mellan en följd av baspar, och i spiralbaserade koordinater benämns korrekt "lutning".

Minst tre DNA-konformationer tros finnas i naturen, A-DNA, B-DNAoch Z-DNA. De B form som beskrivs av James Watson och Francis Crick tros dominera i celler. [23] Den är 23,7 Å bred och sträcker sig 34 Å per 10 bp sekvens. Den dubbla helixen gör ett helt varv runt sin axel var 10,4–10,5 baspar i lösning. Denna vridningsfrekvens (kallad spiralformad tonhöjd) beror till stor del på staplingskrafter som varje bas utövar på sina grannar i kedjan. Den absoluta konfigurationen av baserna bestämmer riktningen för den spiralformade kurvan för en given konformation.

A-DNA och Z-DNA skiljer sig väsentligt i sin geometri och dimensioner till B-DNA, även om de fortfarande bildar spiralformade strukturer. Man trodde länge att A-formen endast förekommer i uttorkade DNA-prover i laboratoriet, såsom de som används i kristallografiska experiment, och i hybridparningar av DNA- och RNA-strängar, men DNA-dehydrering sker in vivo, och A-DNA är nu känt för att ha biologiska funktioner. Segment av DNA som celler har metylerat för regulatoriska ändamål kan anta Z-geometrin, där strängarna vänder sig om den spiralformade axeln i motsatt riktning till A-DNA och B-DNA. Det finns också bevis för protein-DNA-komplex som bildar Z-DNA-strukturer.

Andra konformationer är möjliga A-DNA, B-DNA, C-DNA, E-DNA, [24] L-DNA (den enantiomera formen av D-DNA), [25] P-DNA, [26] S-DNA, Z-DNA, etc. har beskrivits hittills. [27] Faktum är att bara bokstäverna F, Q, U, V och Y är nu [uppdatering] tillgängliga för att beskriva alla nya DNA-strukturer som kan dyka upp i framtiden. [28] [29] Men de flesta av dessa former har skapats syntetiskt och har inte observerats i naturligt förekommande biologiska system. [ citat behövs ] Det finns också trippelsträngade DNA-former och quadruplex-former som G-quadruplex och i-motiv.

Strukturella egenskaper hos de tre huvudformerna av DNA [30] [31] [32]
Geometri attribut A-DNA B-DNA Z-DNA
Helix känsla högerhänt högerhänt vänsterhänt
Upprepande enhet 1 bp 1 bp 2 bp
Rotation/bp 32.7° 34.3° 60°/2
bp/varv 11 10.5 12
Lutning av bp till axel +19° −1.2° −9°
Stig/bp längs axeln 2,3 Å (0,23 nm) 3,32 Å (0,332 nm) 3,8 Å (0,38 nm)
Pitch/sväng av helix 28,2 Å (2,82 nm) 33,2 Å (3,32 nm) 45,6 Å (4,56 nm)
Snäll propellervridning +18° +16°
Glykosylvinkel anti anti C: anti,
G: syn
Sockerpucker C3'-endo C2'-endo C: C2'-endo,
G: C2'-exo
Diameter 23 Å (2,3 nm) 20 Å (2,0 nm) 18 Å (1,8 nm)

Grooves Edit

Tvilling spiralsträngar bildar DNA-ryggraden. En annan dubbelspiral kan hittas genom att spåra utrymmena, eller spåren, mellan strängarna. Dessa hålrum ligger intill basparen och kan ge ett bindningsställe. As the strands are not directly opposite each other, the grooves are unequally sized. One groove, the major groove, is 22 Å wide and the other, the minor groove, is 12 Å wide. [33] The narrowness of the minor groove means that the edges of the bases are more accessible in the major groove. As a result, proteins like transcription factors that can bind to specific sequences in double-stranded DNA usually make contacts to the sides of the bases exposed in the major groove. [4] This situation varies in unusual conformations of DNA within the cell (see below), but the major and minor grooves are always named to reflect the differences in size that would be seen if the DNA is twisted back into the ordinary B form.

Non-double helical forms Edit

Alternative non-helical models were briefly considered in the late 1970s as a potential solution to problems in DNA replication in plasmids and chromatin. However, the models were set aside in favor of the double-helical model due to subsequent experimental advances such as X-ray crystallography of DNA duplexes and later the nucleosome core particle, and the discovery of topoisomerases. Also, the non-double-helical models are not currently accepted by the mainstream scientific community. [34] [35]

DNA is a relatively rigid polymer, typically modelled as a worm-like chain. It has three significant degrees of freedom bending, twisting, and compression, each of which cause certain limits on what is possible with DNA within a cell. Twisting-torsional stiffness is important for the circularisation of DNA and the orientation of DNA bound proteins relative to each other and bending-axial stiffness is important for DNA wrapping and circularisation and protein interactions. Compression-extension is relatively unimportant in the absence of high tension.

Persistence length, axial stiffness Edit

DNA in solution does not take a rigid structure but is continually changing conformation due to thermal vibration and collisions with water molecules, which makes classical measures of rigidity impossible to apply. Hence, the bending stiffness of DNA is measured by the persistence length, defined as:

The length of DNA over which the time-averaged orientation of the polymer becomes uncorrelated by a factor of e. [ citat behövs ]

This value may be directly measured using an atomic force microscope to directly image DNA molecules of various lengths. In an aqueous solution, the average persistence length is 46–50 nm or 140–150 base pairs (the diameter of DNA is 2 nm), although can vary significantly. This makes DNA a moderately stiff molecule.

The persistence length of a section of DNA is somewhat dependent on its sequence, and this can cause significant variation. The variation is largely due to base stacking energies and the residues which extend into the minor and major grooves.

Models for DNA bending Edit

Stacking stability of base steps (B DNA) [36]
Steg Stacking ΔG
/kcal mol −1
T A -0.19
T G eller C A -0.55
C G -0.91
A G eller C T -1.06
A A eller T T -1.11
A T -1.34
G A eller T C -1.43
C C eller G G -1.44
A C eller G T -1.81
G C -2.17

At length-scales larger than the persistence length, the entropic flexibility of DNA is remarkably consistent with standard polymer physics models, such as the Kratky-Porod worm-like chain model. [37] Consistent with the worm-like chain model is the observation that bending DNA is also described by Hooke's law at very small (sub-piconewton) forces. For DNA segments less than the persistence length, the bending force is approximately constant and behaviour deviates from the worm-like chain predictions.

This effect results in unusual ease in circularising small DNA molecules and a higher probability of finding highly bent sections of DNA. [38]

Bending preference Edit

DNA molecules often have a preferred direction to bend, i.e., anisotropic bending. This is, again, due to the properties of the bases which make up the DNA sequence - a random sequence will have no preferred bend direction, i.e., isotropic bending.

Preferred DNA bend direction is determined by the stability of stacking each base on top of the next. If unstable base stacking steps are always found on one side of the DNA helix then the DNA will preferentially bend away from that direction. As bend angle increases then steric hindrances and ability to roll the residues relative to each other also play a role, especially in the minor groove. A och T residues will be preferentially be found in the minor grooves on the inside of bends. This effect is particularly seen in DNA-protein binding where tight DNA bending is induced, such as in nucleosome particles. See base step distortions above.

DNA molecules with exceptional bending preference can become intrinsically bent. This was first observed in trypanosomatid kinetoplast DNA. Typical sequences which cause this contain stretches of 4-6 T och A residues separated by G och C rich sections which keep the A and T residues in phase with the minor groove on one side of the molecule. Till exempel:

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
G A T T C C C A A A A A T G T C A A A A A A T A G G C A A A A A A T G C C A A A A A A T C C C A A A C

The intrinsically bent structure is induced by the 'propeller twist' of base pairs relative to each other allowing unusual bifurcated Hydrogen-bonds between base steps. At higher temperatures this structure is denatured, and so the intrinsic bend is lost.

All DNA which bends anisotropically has, on average, a longer persistence length and greater axial stiffness. This increased rigidity is required to prevent random bending which would make the molecule act isotropically.

Circularization Edit

DNA circularization depends on both the axial (bending) stiffness and torsional (rotational) stiffness of the molecule. For a DNA molecule to successfully circularize it must be long enough to easily bend into the full circle and must have the correct number of bases so the ends are in the correct rotation to allow bonding to occur. The optimum length for circularization of DNA is around 400 base pairs (136 nm) [ citat behövs ] , with an integral number of turns of the DNA helix, i.e., multiples of 10.4 base pairs. Having a non integral number of turns presents a significant energy barrier for circularization, for example a 10.4 x 30 = 312 base pair molecule will circularize hundreds of times faster than 10.4 x 30.5 ≈ 317 base pair molecule. [39]

The bending of short circularized DNA segments is non-uniform. Rather, for circularized DNA segments less than the persistence length, DNA bending is localised to 1-2 kinks that form preferentially in AT-rich segments. If a nick is present, bending will be localised to the nick site. [38]

Elastic stretching regime Edit

Longer stretches of DNA are entropically elastic under tension. When DNA is in solution, it undergoes continuous structural variations due to the energy available in the thermal bath of the solvent. This is due to the thermal vibration of the molecule combined with continual collisions with water molecules. For entropic reasons, more compact relaxed states are thermally accessible than stretched out states, and so DNA molecules are almost universally found in a tangled relaxed layouts. For this reason, one molecule of DNA will stretch under a force, straightening it out. Using optical tweezers, the entropic stretching behavior of DNA has been studied and analyzed from a polymer physics perspective, and it has been found that DNA behaves largely like the Kratky-Porod worm-like chain model under physiologically accessible energy scales.

Phase transitions under stretching Edit

Under sufficient tension and positive torque, DNA is thought to undergo a phase transition with the bases splaying outwards and the phosphates moving to the middle. This proposed structure for overstretched DNA has been called P-form DNA, in honor of Linus Pauling who originally presented it as a possible structure of DNA. [26]

Evidence from mechanical stretching of DNA in the absence of imposed torque points to a transition or transitions leading to further structures which are generally referred to as S-form DNA. These structures have not yet been definitively characterised due to the difficulty of carrying out atomic-resolution imaging in solution while under applied force although many computer simulation studies have been made (for example, [40] [41] ).

Proposed S-DNA structures include those which preserve base-pair stacking and hydrogen bonding (GC-rich), while releasing extension by tilting, as well as structures in which partial melting of the base-stack takes place, while base-base association is nonetheless overall preserved (AT-rich).

Periodic fracture of the base-pair stack with a break occurring once per three bp (therefore one out of every three bp-bp steps) has been proposed as a regular structure which preserves planarity of the base-stacking and releases the appropriate amount of extension, [42] with the term "Σ-DNA" introduced as a mnemonic, with the three right-facing points of the Sigma character serving as a reminder of the three grouped base pairs. The Σ form has been shown to have a sequence preference for GNC motifs which are believed under the GNC hypothesis to be of evolutionary importance. [43]

The B form of the DNA helix twists 360° per 10.4-10.5 bp in the absence of torsional strain. But many molecular biological processes can induce torsional strain. A DNA segment with excess or insufficient helical twisting is referred to, respectively, as positively or negatively superspolad. DNA in vivo is typically negatively supercoiled, which facilitates the unwinding (melting) of the double-helix required for RNA transcription.

Within the cell most DNA is topologically restricted. DNA is typically found in closed loops (such as plasmids in prokaryotes) which are topologically closed, or as very long molecules whose diffusion coefficients produce effectively topologically closed domains. Linear sections of DNA are also commonly bound to proteins or physical structures (such as membranes) to form closed topological loops.

Francis Crick was one of the first to propose the importance of linking numbers when considering DNA supercoils. In a paper published in 1976, Crick outlined the problem as follows:

In considering supercoils formed by closed double-stranded molecules of DNA certain mathematical concepts, such as the linking number and the twist, are needed. The meaning of these for a closed ribbon is explained and also that of the writhing number of a closed curve. Some simple examples are given, some of which may be relevant to the structure of chromatin. [44]

Analysis of DNA topology uses three values:

  • L = linking number - the number of times one DNA strand wraps around the other. It is an integer for a closed loop and constant for a closed topological domain.
  • T = twist - total number of turns in the double stranded DNA helix. This will normally tend to approach the number of turns that a topologically open double stranded DNA helix makes free in solution: number of bases/10.5, assuming there are no intercalating agents (e.g., ethidium bromide) or other elements modifying the stiffness of the DNA.
  • W = writhe - number of turns of the double stranded DNA helix around the superhelical axis
  • L = T + W and ΔL = ΔT + ΔW

Any change of T in a closed topological domain must be balanced by a change in W, and vice versa. This results in higher order structure of DNA. A circular DNA molecule with a writhe of 0 will be circular. If the twist of this molecule is subsequently increased or decreased by supercoiling then the writhe will be appropriately altered, making the molecule undergo plectonemic or toroidal superhelical coiling.

When the ends of a piece of double stranded helical DNA are joined so that it forms a circle the strands are topologically knotted. This means the single strands cannot be separated any process that does not involve breaking a strand (such as heating). The task of un-knotting topologically linked strands of DNA falls to enzymes termed topoisomerases. These enzymes are dedicated to un-knotting circular DNA by cleaving one or both strands so that another double or single stranded segment can pass through. This un-knotting is required for the replication of circular DNA and various types of recombination in linear DNA which have similar topological constraints.

The linking number paradox Edit

For many years, the origin of residual supercoiling in eukaryotic genomes remained unclear. This topological puzzle was referred to by some as the "linking number paradox". [45] However, when experimentally determined structures of the nucleosome displayed an over-twisted left-handed wrap of DNA around the histone octamer, [46] [47] this paradox was considered to be solved by the scientific community.


Epidemiologi

Adenovirus infections are widely distributed in human populations. The highest susceptibility is found among children from 6 months to 2 years of age and extends to the group of 5 to 9 year old children. Types 2, 1, 3, 5, 7, and 6 (in that order) are most frequently isolated from adenovirus-infected children, with types 1 and 2 constituting some 60 percent of all isolates. Nevertheless, adenovirus infections are responsible for only 2 to 5 percent of acute respiratory infections in children.

Adenovirus also infects military recruits in the United States, where this infection has been studied well, and most likely in other countries as well. Adenovirus types 4, 7, and 3 cause acute respiratory diseases, including pneumonia, in this population.

Adenoviruses have been isolated from severely immunocompromised patients, such as those with acquired immune deficiency syndrome (AIDS). Many of these isolates, including the adenovirus types 42 to 47, are found in the urine of AIDS patients.


Relaterad

Wyss Institute
Center for Life Science Bldg.
3 Blackfan Circle
Boston, MA 02115
Map and directions


Titta på videon: REPLIKACIJA UDVAJANJE DNK - OČUVANJE GENETIČKE INFORMACIJE KROZ GENERACIJE (Augusti 2022).