معلومة

20.1: أنواع الطفرات - علم الأحياء

20.1: أنواع الطفرات - علم الأحياء


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.

يمكن أن تؤدي الطفرات (التغييرات في تسلسل الجينات) إلى أليلات متحولة لم تعد تنتج نفس الشيء مستوى أو نوع من المنتج النشط مثل أليل من النوع البري. يمكن تصنيف أي أليل متحور إلى واحد من خمسة أنواع: (1) غير متبلور ، (2) ناقص الشكل ، (3) مفرط الشكل ، (4) نيومورف ، و (5) مضاد الشكل.

  • أمورف الأليلات هي فقدان كامل للوظيفة. هم يصنعون لا يوجد منتج نشط - صفر وظيفة. يمكن أن يكون غياب الوظيفة بسبب نقص النسخ (طفرة تنظيم الجينات) أو بسبب إنتاج منتج معطل (طفرة ترميز البروتين). يشار إليها أيضًا أحيانًا باسم أ باطل أليل.
  • هيبومورف الأليلات ليست سوى فقدان جزئي للوظيفة. إنهم يصنعون منتجًا يعمل بشكل غير كامل. يمكن أن يحدث هذا من خلال النسخ المنخفض أو من خلال إنتاج منتج يفتقر إلى النشاط الكامل. يشار إلى هذه الأليلات أحيانًا باسم راشح الطفرات ، لأنها توفر بعض الوظائف ، ولكنها ليست وظيفة كاملة.

تميل كل من الأشكال غير المتبلورة ونقص الشكل إلى أن تكون متنحية للنوع البري لأن أليل النوع البري عادة ما يكون قادرًا على توفير منتج كافٍ لإنتاج نمط ظاهري من النوع البري (يسمى hplo-enough - انظر الفصل 6). إذا لم يكن الأليل الطافر كافياً للأفراد ، فسيكون مهيمناً على النوع البري.

في حين أن الفئتين الأوليين تتضمن أ فقدان وظيفة، الاثنان التاليان يشتملان على أ اكتساب الوظيفة - الكمية أو النوعية. تكون أليلات اكتساب الوظيفة هي السائدة دائمًا تقريبًا على أليل النوع البري.

  • فرط الشكل تنتج الأليلات المزيد من نفس المنتج النشط. يمكن أن يحدث هذا من خلال زيادة النسخ أو عن طريق تغيير المنتج لجعله أكثر كفاءة / فعالية في وظيفته.
  • نيومورف تنتج الأليلات منتجًا نشطًا بوظيفة جديدة مختلفة ، وهو شيء لا يفعله أليل النوع البري. يمكن أن يكون إما تعبيرًا جديدًا (نسيجًا جديدًا أو وقتًا) أو طفرة في المنتج لإنشاء وظيفة جديدة (ركيزة إضافية أو موقع ربط جديد) ، غير موجود في منتج النوع البري.

أنتيمورف الأليلات نادرة نسبيًا ، ولها نشاط مهيمن ومعاكس لوظيفة النوع البري. هذه الأليلات عادة ليس لها وظيفة طبيعية خاصة بها وتتداخل مع وظيفة أليل النوع البري. وهكذا ، عندما يكون أليل مضاد الشكل متغاير الزيجوت مع النوع البري ، تقل وظيفة أليل النوع البري. بينما على المستوى الجزيئي ، هناك العديد من الطرق التي يمكن أن يحدث بها هذا ، فإن أبسط نموذج لشرح تأثير مضاد الشكل هو أن المنتج يعمل كديمر (أو أي متعدد المقاطع) ووحدة فرعية متحولة تسمم المجمع بأكمله. تُعرف Antimorphs أيضًا باسم الطفرات السلبية السائدة.

تحديد مورفس مولر - يمكن تصنيف جميع الطفرات في واحدة من خمسة أشكال أساسية حول كيفية تصرفها عندما تكون متغايرة الزيجوت مع أليلات أخرى - أليلات الحذف (دالة صفرية) ، أليلات من النوع البري (وظيفة طبيعية) ، وأليلات ازدواجية (وظيفة طبيعية مزدوجة).


طفرة نقطة

الطفرة النقطية هي نوع من الطفرات في الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي ، المادة الوراثية للخلية ، حيث تتم إضافة قاعدة نيوكليوتيد واحدة أو حذفها أو تغييرها. يتكون DNA و RNA من العديد من النيوكليوتيدات. هناك خمسة جزيئات مختلفة يمكنها تكوين قواعد نيتروجينية على النيوكليوتيدات: السيتوزين والجوانين والأدينين والثايمين (في الحمض النووي) واليوراسيل (في الحمض النووي الريبي) ، والمختصرة C و G و A و T و U. جميع المعلومات لتنفيذ جميع عمليات الخلية. بشكل عام ، تحدث الطفرة عندما يتم تغيير الجين من خلال تغيير في بنية الحمض النووي ، وقد يشير ذلك حتى إلى أقسام كاملة من الكروموسومات. تحدث الطفرة النقطية على وجه التحديد عندما يتم تغيير قاعدة نيوكليوتيد واحدة فقط بطريقة ما ، على الرغم من أن الطفرات النقطية المتعددة يمكن أن تحدث في خيط واحد من DNA أو RNA.


محتويات

اعتمدت المناهج المبكرة للطفرات على طرق أنتجت طفرات عشوائية بالكامل. في مثل هذه الطرق ، تتعرض الخلايا أو الكائنات الحية لطفرات مثل الأشعة فوق البنفسجية أو المواد الكيميائية المسببة للطفرات ، ثم يتم اختيار الطفرات ذات الخصائص المرغوبة. اكتشف هيرمان مولر في عام 1927 أن الأشعة السينية يمكن أن تسبب طفرات جينية في ذباب الفاكهة ، [6] واستمر في استخدام الطفرات التي ابتكرها لدراساته في علم الوراثة. [7] ل الإشريكية القولونية، يمكن اختيار المسوخ أولاً عن طريق التعرض للأشعة فوق البنفسجية ، ثم طلاءها على وسط أجار. يتم بعد ذلك تشكيل المستعمرات المطلية ، واحدة في وسط غني ، والأخرى في وسط ضئيل ، ويمكن بعد ذلك تحديد المسوخات التي لها متطلبات غذائية معينة من خلال عدم قدرتها على النمو في الحد الأدنى من المتوسط. يمكن تكرار إجراءات مماثلة مع أنواع أخرى من الخلايا ومع وسائط مختلفة للاختيار.

تم تطوير عدد من الطرق لتوليد طفرات عشوائية في بروتينات معينة لاحقًا للكشف عن طفرات ذات خصائص مثيرة للاهتمام أو محسنة. قد تتضمن هذه الطرق استخدام النيوكليوتيدات المخدرة في تخليق قليل النوكليوتيد ، أو إجراء تفاعل تفاعل البوليميراز المتسلسل في ظروف تعزز سوء دمج النيوكليوتيدات (تفاعل البوليميراز المتسلسل المعرض للخطأ) ، على سبيل المثال عن طريق تقليل دقة النسخ المتماثل أو استخدام نظائر النيوكليوتيدات. [8] أحد أشكال هذه الطريقة لدمج الطفرات غير المتحيزة في الجين هو طفرات التشبع المتوالية. [9] يتم بعد ذلك استنساخ منتجات تفاعل البوليميراز المتسلسل التي تحتوي على طفرة (طفرات) في ناقل تعبير ويمكن بعد ذلك تمييز البروتينات الطافرة المنتجة.

في الدراسات على الحيوانات ، عوامل مؤلكلة مثل ن-إيثيل-نتم استخدام -nitrosourea (ENU) لتوليد الفئران المتحولة. [10] [11] غالبًا ما تستخدم إيثيل ميثان سلفونات (EMS) لتوليد طفرات حيوانية ونباتية وفيروسية. [12] [13] [14]

في قانون الاتحاد الأوروبي (مثل توجيه 2001/18) ، يمكن استخدام هذا النوع من الطفرات لإنتاج كائنات معدلة وراثيًا ولكن المنتجات معفاة من اللوائح: لا توجد ملصقات أو تقييم. [15]

قبل تطوير تقنيات الطفرات الموجهة بالموقع ، كانت جميع الطفرات التي تم إجراؤها عشوائية ، وكان على العلماء استخدام اختيار النمط الظاهري المطلوب للعثور على الطفرة المرغوبة. تتميز تقنيات الطفرات العشوائية بميزة من حيث عدد الطفرات التي يمكن إنتاجها ، ومع ذلك ، في حين أن الطفرات العشوائية يمكن أن تنتج تغييرًا في النيوكليوتيدات المفردة ، فإنها لا توفر قدرًا كبيرًا من التحكم فيما يتعلق بالنيوكليوتيدات التي يتم تغييرها. [5] ولذلك يسعى العديد من الباحثين إلى إدخال تغييرات مختارة على الحمض النووي بطريقة دقيقة ومحددة الموقع. استخدمت المحاولات المبكرة نظائر النيوكليوتيدات والمواد الكيميائية الأخرى لأول مرة لتوليد طفرات نقطية موضعية. [16] تشتمل هذه المواد الكيميائية على أمينوبورين ، الذي يحفز انتقال AT إلى GC ، [17] في حين أن nitrosoguanidine ، [18] بيسلفيت ، [19] و N 4 - هيدروكسيتيدين قد يحفز انتقال GC إلى AT. [20] [21] تسمح هذه التقنيات بتحويل طفرات معينة إلى بروتين ، ومع ذلك ، فهي ليست مرنة فيما يتعلق بأنواع الطفرات المتولدة ، كما أنها ليست محددة مثل الطرق اللاحقة للطفرات الموجهة بالموقع ، وبالتالي فهي تتمتع بدرجة ما من العشوائية. تقنيات أخرى مثل انشقاق الحمض النووي في مواقع محددة على الكروموسوم ، وإضافة نيوكليوتيدات جديدة ، وتبادل أزواج القواعد ، أصبح من الممكن الآن تحديد المكان الذي يمكن أن تذهب إليه الطفرات. [11] [8]

التقنيات الحالية للطفرة الخاصة بالموقع تنشأ من تقنية التمديد التمهيدي التي تم تطويرها في عام 1978. تتضمن هذه التقنيات عادةً استخدام أليغنوكليوتيدات مطفرة مسبقة الصنع في تفاعل التمديد التمهيدي مع بوليميراز الحمض النووي. تسمح هذه الطرق للطفرة النقطية أو الحذف أو إدخال امتدادات صغيرة من الحمض النووي في مواقع محددة. جعلت التطورات في المنهجية مثل هذه الطفرات الآن عملية بسيطة وفعالة نسبيًا. [3]

يتم باستمرار تطوير طرق أحدث وأكثر كفاءة للطفرات الموجهة للموقع. على سبيل المثال ، تسمح تقنية تسمى "مستخلص الاستنساخ للربط السلس" (أو اختصارًا SLiCE) باستنساخ تسلسلات معينة من الحمض النووي داخل الجينوم ، ويمكن إدخال أكثر من جزء من الحمض النووي في الجينوم في وقت واحد. [2]

تسمح الطفرات الموجهة بالموقع بالتحقيق في تأثير طفرة معينة. هناك العديد من الاستخدامات ، على سبيل المثال ، تم استخدامه لتحديد مدى حساسية بعض الأنواع للمواد الكيميائية التي غالبًا ما تستخدم في المختبرات. استخدمت التجربة الطفرات الموجهة للموقع لتقليد الطفرات المتوقعة للمادة الكيميائية المحددة. أدت الطفرة إلى تغيير في بعض الأحماض الأمينية وتم تحليل تأثيرات هذه الطفرة. [3]

يمكن إجراء النهج الموجه بالموقع بشكل منهجي في مثل هذه التقنيات مثل الطفرات في مسح الألانين ، حيث يتم تحور البقايا بشكل منهجي إلى ألانين من أجل تحديد المخلفات المهمة لبنية أو وظيفة البروتين. [22] نهج شامل آخر هو طفرات تشبع الموقع حيث يمكن استبدال كودون واحد أو مجموعة من الكودونات بجميع الأحماض الأمينية الممكنة في مواقع محددة. [23] [24]

الطفرات التوافقية هي تقنية هندسة بروتينية موجهة للموقع حيث يمكن هندسة طفرات متعددة للبروتين في وقت واحد بناءً على تحليل تأثيرات الطفرات الفردية المضافة. [25] يوفر طريقة مفيدة لتقييم التأثير التجميعي لعدد كبير من الطفرات على وظيفة البروتين. [26] يمكن فحص عدد كبير من الطفرات لخاصية معينة عن طريق التحليل التوافقي. [25] في هذه التقنية ، يمكن تعديل مواضع متعددة أو تسلسلات قصيرة على طول خيط DNA بشكل شامل للحصول على مكتبة شاملة من البروتينات الطافرة. [25] يمكن تحسين معدل حدوث المتغيرات المفيدة بطرق مختلفة لبناء مكتبات الطفرات. تتمثل إحدى طرق هذه التقنية في استخراج جزء من تسلسل الحمض النووي واستبداله بمكتبة من التسلسلات تحتوي على جميع التركيبات الممكنة في موقع الطفرة المطلوب. يمكن أن يشتمل محتوى المقطع المُدرج على متواليات ذات أهمية هيكلية أو خاصية مناعية أو وظيفة إنزيمية. يمكن أيضًا إدخال قطعة بشكل عشوائي في الجين من أجل تقييم الأهمية الهيكلية أو الوظيفية لجزء معين من البروتين. [25]

يُعرف أيضًا إدخال واحد أو أكثر من أزواج القواعد ، مما يؤدي إلى حدوث طفرات في الحمض النووي ، باسم الطفرات التدميرية. [27] يمكن أن توفر مثل هذه الطفرات المهندسة معلومات مهمة في أبحاث السرطان ، مثل الرؤى الآلية في تطور المرض. الفيروسات القهقرية واللينقولات هي الأدوات الأساسية في حدوث الطفرات التدميرية. يمكن استخدام الفيروسات القهقرية ، مثل فيروس الورم الثديي للفئران وفيروس ابيضاض الدم في الفئران ، لتحديد الجينات المشاركة في التسرطن وفهم المسارات البيولوجية لأنواع معينة من السرطان. [28] الينقولات ، وهي أجزاء صبغية يمكن أن تخضع لعملية تبديل ، يمكن تصميمها وتطبيقها على الطفرات الإدراجية كأداة لاكتشاف الجينات السرطانية. [28] تسمح هذه المقاطع الصبغية بتطبيق الطفرات الإدراجية على أي نسيج مفضل تقريبًا مع السماح أيضًا بعمق أكثر شمولاً وغير متحيز في تسلسل الحمض النووي. [28]

وجد الباحثون أربع آليات للطفرات التدميرية التي يمكن استخدامها على البشر. الآلية الأولى تسمى إدخال المحسن. تعزز المعززات نسخ جين معين من خلال التفاعل مع محفز لهذا الجين. تم استخدام هذه الآلية الخاصة لأول مرة لمساعدة المرضى الذين يعانون من نقص المناعة الشديد الذين أحتاجهم من نخاع العظام. ثم تم إدخال الفيروسات القهقرية الحاملة للمُعزِّزات في المرضى. يشار إلى الآلية الثانية باسم إدخال المروج. تزود المروجين خلايانا بالتسلسلات المحددة اللازمة لبدء الترجمة. ساعد إدخال المروج الباحثين على معرفة المزيد عن فيروس نقص المناعة البشرية. الآلية الثالثة هي تعطيل الجينات. مثال على تعطيل الجينات هو استخدام الطفرات الإدراجية لإدخال فيروس ارتجاعي يعطل جينوم الخلية التائية في مرضى اللوكيميا ويعطيهم مستضدًا محددًا يسمى CAR مما يسمح للخلايا التائية باستهداف الخلايا السرطانية. يشار إلى الآليات النهائية باسم استبدال نهاية mRNA 3. تخضع جيناتنا أحيانًا لطفرات نقطية تسبب ثلاسيميا بيتا التي تعطل وظيفة خلايا الدم الحمراء. لإصلاح هذه المشكلة ، يتم إدخال التسلسل الجيني الصحيح لخلايا الدم الحمراء ويتم إجراء استبدال. [5]

يمكن استخدام إعادة التركيب المتماثل لإنتاج طفرة معينة في الكائن الحي. يتم إدخال ناقل يحتوي على تسلسل DNA مشابه للجين المراد تعديله إلى الخلية ، وبواسطة عملية إعادة التركيب تحل محل الجين المستهدف في الكروموسوم. يمكن استخدام هذه الطريقة لإدخال طفرة أو القضاء على الجين ، على سبيل المثال كما هو مستخدم في إنتاج الفئران بالضربة القاضية. [29]

منذ عام 2013 ، سمح تطوير تقنية CRISPR-Cas9 بالإدخال الفعال لأنواع مختلفة من الطفرات في جينوم مجموعة متنوعة من الكائنات الحية. لا تتطلب هذه الطريقة موقع إدخال ترانسبوسون ، ولا تترك أي علامة ، وقد جعلتها كفاءتها وبساطتها الطريقة المفضلة لتحرير الجينوم. [30] [31]

مع انخفاض تكلفة تخليق أليغنوكليوتيد الحمض النووي ، أصبح التوليف الاصطناعي لجين كامل الآن طريقة قابلة للتطبيق لإدخال الطفرات في الجين. تتيح هذه الطريقة حدوث طفرة واسعة النطاق في مواقع متعددة ، بما في ذلك إعادة التصميم الكاملة لاستخدام كودون الجين لتحسينه لكائن حي معين. [32]


حذف

إذا حدث خطأ أثناء الانقسام الاختزالي يتسبب في قطع جزء من الكروموسوم وفقدانه ، فإن هذا يسمى الحذف. إذا حدث الحذف داخل جين حيوي لبقاء الفرد على قيد الحياة ، فقد يتسبب في مشاكل خطيرة وقد يتسبب في موت الزيجوت المصنوع من تلك الأمشاج مع الحذف. في أوقات أخرى ، لا يتسبب جزء الكروموسوم المفقود في وفاة النسل. هذا النوع من الحذف يغير السمات المتاحة في تجمع الجينات. في بعض الأحيان تكون عمليات التكيف مفيدة وسيتم اختيارها بشكل إيجابي أثناء الانتقاء الطبيعي. في أوقات أخرى ، تؤدي عمليات الحذف هذه إلى جعل النسل أضعف في الواقع ويموتون قبل أن يتمكنوا من التكاثر ونقل الجين الجديد إلى الجيل التالي.


10 طفرات جينية غير عادية في البشر

لا يوجد شخصان متشابهان ، وذلك بسبب الاختلاف الدقيق في طرق التعبير عن جينوماتنا. لكن في بعض الأحيان تؤدي هذه الاختلافات البيولوجية إلى طفرات جينية نادرة للغاية ، ومُنهِكة في بعض الأحيان. تاريخيًا ، تم تصنيف العديد من الأشخاص الذين يعانون من هذه الطفرات على أنهم وحوش أو نزوات - لكننا نعلم اليوم أنهم مجرد جزء من طيف واسع من الاختلافات الجينية في جنسنا البشري. فيما يلي 10 من أكثر الطفرات الجينية غرابة التي حددناها في البشر.

1. بروجيريا

هذا الاضطراب الوراثي نادر بقدر ما هو شديد. يسبب الشكل الكلاسيكي للمرض ، المسمى Hutchinson-Gilford Progeria تسارع الشيخوخة.

يموت معظم الأطفال المصابين بالشياخ بشكل أساسي بسبب الأمراض المرتبطة بالعمر في سن 13 عامًا ، لكن يمكن للبعض أن يعيش حتى العشرينات من العمر. تحدث الوفاة عادة بسبب نوبة قلبية أو سكتة دماغية. يؤثر على أقل من واحد لكل ثمانية ملايين مولود حي.

ينتج المرض عن طفرة في جين LMNA ، وهو بروتين يوفر الدعم لنواة الخلية. تشمل الأعراض الأخرى للشياخ الجلد الصلب (المتصلب) ، والصلع الكامل للجسم (الثعلبة) ، وتشوهات العظام ، وضعف النمو ، وخصائص الطرف الأنفي "المنحوت".

تعتبر Progeria ذات أهمية كبيرة لأخصائيي الشيخوخة الذين يأملون في ربط العوامل الوراثية بعملية الشيخوخة. الصورة: HBO.

2. متلازمة أونير تان

تعد متلازمة أونر تان حالة مثيرة للجدل إلى حد ما ، وتتمثل خصائصها الأكثر وضوحًا في أن الأشخاص الذين يعانون منها يمشون على أربع. UTS هي متلازمة اقترحها عالم الأحياء التطوري التركي ner Tan بعد دراسة خمسة أفراد من عائلة Ulaş في ريف تركيا. هؤلاء الأفراد يمشون بحركة رباعية ، ويستخدمون الكلام البدائي ، ويعانون من ضعف خلقي في الدماغ (بما في ذلك "تجربة واعية مضطربة"). ظهرت العائلة في فيلم وثائقي على قناة BBC2 عام 2006 بعنوان & quot ، The Family That Walks On All Fours. & quot يصفها تان على النحو التالي:

تشير الطبيعة الجينية لهذه المتلازمة إلى مرحلة رجعية في التطور البشري ، والتي من المحتمل أن تكون ناجمة عن طفرة جينية ، مما يؤدي بدوره إلى الانتقال من الرباعية إلى المشي على قدمين. سيكون هذا بعد ذلك متسقًا مع نظريات التطور المتقطع.

يقول تان إن المتلازمة الجديدة "يمكن استخدامها كنموذج حي للتطور البشري". يعتقد بعض الخبراء أن هذا كلام فارغ ، وقد لا يكون للوراثة علاقة كبيرة به.

3. فرط الشعر

يُطلق على Hypertrichosi أيضًا اسم "متلازمة الذئب" أو متلازمة أمبراس ، وهي تؤثر على أقل من واحد من كل مليار شخص ، وفي الواقع ، تم توثيق 50 حالة فقط منذ العصور الوسطى.

كل ما تحتاج لمعرفته حول علم الوراثة الغريبة للمستذئبين

عندما نشأت في الستينيات ، جمعت بطاقات الوحش: الرجل البالغ 60 قدماً والمرأة التي يبلغ طولها 50 قدماً ، ...

الأشخاص المصابون بفرط الشعر لديهم كثرة الشعر على الكتفين والوجه والأذنين. وقد أوضحت الدراسات أنه يؤدي إلى إعادة ترتيب للكروموسوم 8. يحدث هذا بسبب تمزق "الحديث المتبادل" بين البشرة والأدمة حيث تتشكل بصيلات الشعر في الجنين الذي يبلغ عمره 3 أشهر عند الحاجبين وأسفل أصابع القدم. عادة ، ترسل الإشارات من الأدمة الرسائل لتشكيل بصيلات. عندما يتشكل الجريب ، فإنه يرسل إشارات لمنع المنطقة المحيطة به من أن تصبح جريبًا أيضًا ، مما ينتج عنه تباعد متساوٍ بين خمسة ملايين جريب أو نحو ذلك. تتجاهل معظم أجزاء أجسامنا الرسائل لتكوين بصيلات ، وهو ما يفسر سبب خلو معظمنا من الشعر نسبيًا.

4. خلل تنسج البشرة الفيروسي الشكل

يعد خلل التنسج البشروي اضطرابًا نادرًا للغاية يجعل الناس عرضة للإصابة به انتشار عدوى فيروس الورم الحليمي البشري (HPV). تتسبب هذه العدوى في نمو لطاخات وحطاطات متقشرة (سرطان الخلايا الحرشفية الجلدية) على اليدين والقدمين وحتى الوجه. تظهر هذه "الانفجارات" الجلدية على شكل آفات تشبه الثآليل - وحتى زوائد شبيهة بالخشب والقرن - مع لويحات ذات لون بني محمر. عادة ، تبدأ أورام الجلد في الظهور عند الأشخاص الذين تتراوح أعمارهم بين 20 و 40 عامًا ، وتميل الأورام إلى الظهور في المناطق المعرضة للشمس. يُسمى أيضًا خلل التنسج Lewandowsky-Lutz ، ولا يوجد علاج معروف ، على الرغم من أن العلاجات لتقليص النمو ممكنة.

تم لفت انتباه الجمهور إلى الاضطراب في نوفمبر 2007 عندما ظهر مقطع فيديو لرجل إندونيسي يبلغ من العمر 34 عامًا يُدعى ديدي كوسوارا على الإنترنت. في عام 2008 ، خضع لعملية جراحية لإزالة 13 رطلاً (6 كجم) من الثآليل. بعد إزالة الآفات والقرون من يديه ورأسه وجذعه وقدميه ، تم تطعيم يديه بجلد جديد. إجمالاً ، تمت إزالة حوالي 95٪ من الثآليل.


D. التعاريف وعلاقات NSF-Grantees

1. تعاريف

أ. الممثل التنظيمي المعتمد (AOR) / الممثل المعتمد يعني المسؤول الإداري الذي ، نيابة عن المنظمة المقترحة ، مخول لتقديم الشهادات والتمثيلات ويمكنه إلزام المنظمة بتنفيذ مشروع يُطلب من NSF دعمه وكذلك الالتزام بسياسات NSF المختلفة ومتطلبات المنح.

ب. اتفاقية المنحة 3 تعني أداة قانونية للمساعدة المالية بين NSF والمستفيد والتي تتوافق مع 31 USC 6302، 6304:

(1) تُستخدم للدخول في علاقة يكون الغرض الأساسي منها هو نقل أي شيء ذي قيمة من NSF إلى المستفيد من أجل تنفيذ غرض عام مصرح به بموجب قانون الولايات المتحدة (انظر 31 USC 6101 (3)) و عدم الحصول على ممتلكات أو خدمات لمنفعة أو استخدام مباشر لمؤسسة NSF

(2) تتميز عن اتفاقية تعاون من حيث أنها لا تنص على مشاركة جوهرية بين NSF والمتلقي في تنفيذ النشاط الذي نصت عليه جائزة NSF.

تمنح NSF النوعين التاليين من المنح:

(أ) المنحة القياسية تعني نوعًا من المنح توافق فيه NSF على تقديم مستوى معين من الدعم لفترة زمنية محددة دون بيان نية NSF لتقديم دعم إضافي في المستقبل دون تقديم اقتراح آخر.

(ب) المنحة المستمرة تعني نوعًا من المنح توافق فيه NSF على تقديم مستوى معين من الدعم لفترة زمنية محددة أولية ، عادةً ما تكون سنة ، مع بيان نوايا لتقديم دعم إضافي للمشروع لفترات إضافية ، شريطة توفر الأموال والنتائج التي تم تحقيقها تتطلب المزيد من الدعم.

ج. جائزة سداد التكاليف تعني نوعًا من المنحة توافق بموجبه NSF على تعويض المستفيد عن العمل المنجز و / أو التكاليف التي تكبدها المستفيد حتى المبلغ الإجمالي المحدد في المنحة. يجب أن تكون هذه التكاليف مسموحًا بها وفقًا لمبادئ التكلفة المعمول بها. تستند المساءلة في المقام الأول على التقدم التقني والمحاسبة المالية وإعداد التقارير المالية. باستثناء في ظل برامج معينة وفي ظل ظروف خاصة ، فإن منح NSF واتفاقيات التعاون عادة ما تكون عبارة عن جوائز من نوع استرداد التكاليف.

د. جائزة المبلغ الثابت تعني نوعًا من المكافأة تقدم فيه NSF مستوى معينًا من الدعم بغض النظر عن التكاليف الفعلية المتكبدة بموجب الجائزة. هذا النوع من جائزة NSF يقلل من بعض العبء الإداري ومتطلبات حفظ السجلات لكل من المستفيد و NSF. تستند المساءلة في المقام الأول على الأداء والنتائج.

ه. اتفاقية تعاونية تعني أداة قانونية للمساعدة المالية بين NSF والحائز على الجائزة والتي تتوافق مع 31 USC 6302-6305:

(1) تُستخدم للدخول في علاقة يكون الغرض الأساسي منها هو نقل أي شيء ذي قيمة من NSF إلى المستفيد من أجل تنفيذ غرض عام مصرح به بموجب قانون الولايات المتحدة (انظر 31 USC 6101 (3)) و عدم الحصول على ممتلكات أو خدمات لمنفعة أو استخدام مباشر لمؤسسة NSF

(2) تتميز عن المنحة بأنها تنص على مشاركة جوهرية بين NSF والمتلقي في تنفيذ النشاط الذي نصت عليه جائزة NSF.

في حالة NSF ، تتضمن جوائز المساعدة دعم أو تحفيز البحث العلمي والهندسي أو تعليم العلوم والهندسة أو الأنشطة الأخرى ذات الصلة. NSF مخول لاستخدام المنح أو الاتفاقات التعاونية لهذا الغرض. المنح ، مع ذلك ، هي الآلية الأساسية لدعم جبهة الخلاص الوطني.

F. المنحة تعني المنظمة أو الكيان الآخر الذي يتلقى المنحة ويتحمل المسؤولية القانونية والمالية والمساءلة عن كل من الأموال الممنوحة وأداء النشاط المدعوم بالمنحة. تُقدم منح NSF عادة للمنظمات وليس للمحقق الرئيسي الفردي / مدير (مديري) المشروع. يمكن العثور على فئات مقدمي العروض المؤهلين في الفصل الأول - واو.

ز. المحقق الرئيسي / مدير المشروع (PI / PD) - راجع PAPPG Exhibit II-3 ، تعريفات فئات الموظفين.

2. علاقات NSF-Grantee

أ. سيتم استخدام المنح من قبل NSF عندما يتطلب تحقيق أهداف المشروع الحد الأدنى من مشاركة NSF أثناء أداء الأنشطة. تنشئ المنح علاقة بين مؤسسة العلوم الوطنية والمتلقي حيث:

(1) توافق NSF على تقديم ما يصل إلى مبلغ محدد من الدعم المالي للمشروع ليتم تنفيذه وفقًا لشروط ومتطلبات المنحة. ستراقب NSF تقدم المنح وتضمن الامتثال للمعايير المعمول بها.

(2) يوافق الحاصل على المنحة على تنفيذ المشروع على النحو المقترح ، والإدارة الحكيمة للأموال المقدمة وتنفيذ الأنشطة المدعومة وفقًا لأحكام المنحة. (انظر الفصل السادس ، ب ، للوثائق التي تشكل منحة NSF.)

ب. سيتم استخدام الاتفاقات التعاونية من قبل مؤسسة العلوم الوطنية عندما يتطلب تحقيق أهداف المشروع مشاركة كبيرة ومستمرة من المؤسسة خلال فترة أداء المشروع. قد تكون المشاركة الجوهرية للوكالة ضرورية عندما يكون النشاط معقدًا تقنيًا و / أو إداريًا ويتطلب تنسيقًا مكثفًا أو وثيقًا بين مؤسسة العلوم الوطنية والحاصل على الجائزة. ومع ذلك ، فإن هذا لا يؤثر على حق NSF في تعليق أو إنهاء الدعم من جانب واحد لسبب أو النظر في الإنهاء وفقًا للفصل الثاني عشر ، إذا كان ذلك في مصلحة NSF أو الحكومة. تم تحديد مبدأ المشاركة الجوهرية في قانون المنح الفيدرالية والاتفاقية التعاونية لعام 1977 (31 USC 6301-6308).

تستخدم NSF نوعين من اتفاقيات التعاون:

    اتفاقية تعاونية مستقلة (CA) ، والتي تتكون من اتفاقية تعاونية لمنحة واحدة وموحدة حيث لا توجد حاجة لتوفير تمويل منفصل ومنفصل والإشراف على المشاريع أو البرامج بموجب تلك الجائزة.

تتضمن أمثلة المشاريع المناسبة للاتفاقيات التعاونية: إدارة مراكز البحث ، ومشاريع المناهج الدراسية الكبيرة ، والمرافق متعددة المستخدمين ، والمشاريع التي تتضمن عقودًا من الباطن معقدة ، أو إنشاءات أو عمليات لمرافق جامعية داخلية رئيسية وتطوير الأجهزة الرئيسية ، والمشاريع التي تشارك فيها NSF مع وكالات أو منظمات أصحاب المصلحة الأخرى التي لها تأثير على توجيه المشروع و / أو تطويره.

بموجب اتفاقية تعاونية ، يتحمل الفائز المسؤولية الأساسية عن تسيير المشروع. إلى الحد الذي لا تحتفظ فيه NSF بالمسؤولية عن تنسيق أو دمج أنشطة المشروع مع الأنشطة الأخرى ذات الصلة أو لا تتحمل درجة من المسؤولية المشتركة عن جوانب معينة من المشروع ، تظل جميع هذه المسؤوليات مع الفائز. بينما ستراقب NSF اتفاقية التعاون وفقًا لشروط وأحكام الجائزة ، لن تتولى المؤسسة السيطرة الكاملة على المشروع أو تغيير أنشطة المشروع أو توجيهها من جانب واحد.

ستحدد الاتفاقية التعاونية إلى أي مدى ستقدم NSF المشورة أو المراجعة أو الموافقة أو المشاركة في أنشطة المشروع ، بالإضافة إلى حق NSF في طلب مخرجات محددة بشكل أكثر وضوحًا. قد تقدم NSF المشورة أو التوجيه أو المساعدة ذات الطابع الفني أو الإداري أو التنسيقي وقد تتطلب أن يحصل الفائز على موافقة مسبقة من NSF لقرارات أو معالم أو أنشطة مشروع محددة. تم دمج المشاركة الجوهرية في المجالات الرئيسية للمساءلة في كل من شروط المنح المالية والبرامجية ، وتشمل أمثلة شروط الموافقة المسبقة للوكالة ، ونوع وتكرار خطط المشروع ، ومتطلبات إعداد التقارير الخاصة ، ومراجعات المشروع والحائز على الجائزة التي ستجريها NSF خلال مدة الجائزة.

يتم تمويل الاتفاقيات التعاونية للبناء بشكل عام من خلال اعتماد منفصل من الكونجرس لمعدات البحث الرئيسية وإنشاء المرافق (MREFC). تحتفظ NSF بمخصصات MREFC في حساب ميزانية منفصل ، لمشاريع البناء الكبرى التي تخضع بنجاح لعملية اختيار صارمة. لا يمكن دمج أموال MREFC مع الأموال المخصصة لأنشطة أخرى غير البناء ، لذلك تصدر NSF جائزة منفصلة للعمليات والأنشطة الأخرى المتعلقة بتكليف وإدارة المنشأة أو الأداة الرئيسية. يتعين على الحاصل على المنحة الحفاظ على نظام محاسبة قادر على فصل MREFC عن تكاليف التشغيل ، والتأكد من تطبيق هذه التكاليف وفقًا لذلك.

تتكون العديد من جوائز المنشأة الرئيسية ، بما في ذلك تلك الممولة من مؤسسة NSF لمراكز البحث والتطوير الممولة اتحاديًا (FFRDCs) ، من اتفاقية تعاونية كجائزة شاملة ، وتأسيس الأحكام الأساسية العامة للجائزة ، واتفاقيات دعم تعاوني منفصلة. تحتوي اتفاقيات الدعم التعاوني على أحكام وشروط محددة لأنشطة البناء ، والإدارة والعمليات ، والأنشطة البحثية التي تشارك في رعايتها وكالات أخرى ، وأي أنشطة مركزة أخرى تحتاج NSF إلى مراقبتها بشكل منفصل عن الأهداف العامة للاتفاقية التعاونية.


عمليات الإدراج والحذف الأساسية للزوج

يمكن أن تحدث الطفرات أيضًا حيث يتم إدخال أزواج قاعدة النيوكليوتيدات في تسلسل الجينات الأصلي أو حذفها منه. هذا النوع من الطفرات الجينية خطير لأنه يغير القالب الذي تُقرأ منه الأحماض الأمينية. يمكن أن تتسبب عمليات الإدراج والحذف في حدوث طفرات في تغيير الإطارات عند إضافة أزواج أساسية ليست مضاعفات الثلاثة إلى التسلسل أو حذفه منه. نظرًا لأن متواليات النيوكليوتيدات تُقرأ في مجموعات من ثلاثة ، فسوف يتسبب ذلك في حدوث تحول في إطار القراءة. على سبيل المثال ، إذا كان تسلسل الحمض النووي الأصلي المنسوخ هو CGA CCA ACG GCG. ويتم إدخال زوجين أساسيين (GA) بين المجموعتين الثانية والثالثة ، وسيتم إزاحة إطار القراءة.

  • التسلسل الأصلي: CGA-CCA-ACG-GCG.
  • الأحماض الأمينية المنتجة: أرجينين / برولين / ثريونين / ألانين.
  • أزواج القاعدة المدرجة (GA): CGA-CCA-GAA-CGG-CG.
  • الأحماض الأمينية المنتجة: أرجينين / برولين / حمض الجلوتاميك / أرجينين.

يغير الإدخال إطار القراءة بمقدار اثنين ويغير الأحماض الأمينية التي يتم إنتاجها بعد الإدراج. يمكن للإدراج أن يرمز لكودون الإيقاف في وقت مبكر جدًا أو متأخر جدًا في عملية الترجمة. ستكون البروتينات الناتجة إما قصيرة جدًا أو طويلة جدًا. هذه البروتينات في معظمها منتهية الصلاحية.


لقطة مقرّبة للحمض النووي

جميع الكائنات الحية ، من أصغر البكتيريا إلى النباتات والبشر ، تتكون من خلايا مجهرية (في حالة البكتيريا ، يكون الكائن الحي بأكمله عبارة عن خلية واحدة). في صميم هذه الخلايا يوجد الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين ، المخطط الجزيئي لكل جانب من جوانب الوجود تقريبًا.

إذا بدأ المرء في تكبير بنية الحمض النووي ، فإن المستوى الأول من التكبير يتكون من سلسلتين متشابكتين على شكل حلزون مزدوج. تتكون كل سلسلة من سلسلة من النيوكليوتيدات. في المقابل ، كل نيوكليوتيد هو مركب من ثلاثة كيانات: سكر يسمى ديوكسيريبوز ، ومجموعات فوسفات وقاعدة تحتوي على النيتروجين (أي مركب جاهز لقبول أيون الهيدروجين). يمكن أن تحتوي نيوكليوتيدات الحمض النووي على القواعد التالية: الأدينين (A) ، والجوانين (G) ، والسيتوزين (C) ، والثايمين (T). غالبًا ما يشار إلى النيوكليوتيدات بالقاعدة التي تحتوي عليها.

تقع السكريات والفوسفات في النيوكليوتيدات المختلفة في الجزء المتسلسل من الحلزون المزدوج ، بينما تصل قواعد النوكليوتيدات عبر الفجوات لتلتصق بالقواعد الموجودة على الجانب الآخر. الكل في الكل ، يبدو الحمض النووي حقًا مثل سلم حلزوني مزدوج مع قواعد كدرجات ، وهو تشبيه شائع. القواعد تلتصق ببعضها البعض بطريقة محددة للغاية: الأدينين (أ) إلى الثايمين (T) والسيتوزين إلى (ج) إلى الجوانين (ز). يُعرف هذا باسم الاقتران الأساسي التكميلي.

عندما يشير المرء إلى تسلسل الحمض النووي ، فإنه يشير إلى تسلسل النيوكليوتيدات على أحد خيوطه. نظرًا لأن النيوكليوتيدات ترتبط ببعضها البعض بطريقة يمكن التنبؤ بها ، فإن معرفة تسلسل أحد الخيطين يجعل من السهل ملء تسلسل الآخر.


رابعا. المطفرة

أ. المطفرات الكيميائية

من الممكن التمييز بين المطفرات الكيميائية من خلال طرق عملها ، وبعض هذه الطفرات تسبب طفرات بآليات مشابهة لتلك التي تنشأ تلقائيًا بينما البعض الآخر أشبه بالإشعاع (سيتم اعتباره لاحقًا) في تأثيراتها.

1. نظائر قاعدة

  • بروموراسيل (BU) - مركب مخلوق بشكل مصطنع يستخدم على نطاق واسع في البحث. يشبه الثايمين (يحتوي على ذرة Br بدلاً من مجموعة الميثيل) وسيتم دمجه في الحمض النووي والزوج مع الثايمين مثل A. لديها احتمالية أكبر للتشكيل إلى شكل enol (BU *)
  • أمينوبورين - التناظرية الأدينين التي يمكن أن تتزاوج مع T أو (أقل جودة) مع C تسبب A: T إلى G: C أو G: C إلى A: T. تسبب نظائر القاعدة انتقالات ، مثلها مثل أحداث التكثيف العفوي.

2. المواد الكيميائية التي تغير هيكل وخصائص الاقتران للقواعد

  • حمض النيتروز--formed by digestion of nitrites (preservatives) in foods. It causes C to U, meC to T, and A to hypoxanthine deaminations. [See above for the consequences of the first two events hypoxanthine in DNA pairs with C and causes transitions. Deamination by nitrous acid, like spontaneous deamination, causes transitions.
  • nitrosoguanidine, methyl methanesulfonate, ethyl methanesulfonate--chemical mutagens that react with bases and add methyl or ethyl groups. Depending on the affected atom, the alkylated base may then degrade to yield a baseless site, which is mutagenic and recombinogenic, or mispair to result in mutations upon DNA replication.

3. Intercalating agents

All are flat, multiple ring molecules which interact with bases of DNA and insert between them. This insertion causes a "stretching" of the DNA duplex and the DNA polymerase is "fooled" into inserting an extra base opposite an intercalated molecule. The result is that intercalating agents cause frameshifts.

4. Agents altering DNA structure

  • --large molecules which bind to bases in DNA and cause them to be noncoding--we refer to these as "bulky" lesions (eg. NAAAF)
  • --agents causing intra- and inter-strand crosslinks (eg. psoralens--found in some vegetables and used in treatments of some skin conditions)
  • --chemicals causing DNA strand breaks (eg. peroxides)

B. Radiation

1. EM spectrum

The longest waves (AM radio) have the least energy while successively shorter waves and increasing energy are seen with FM radio, TV, microwaves, infrared, visible, ultraviolet (UV), X and gamma radiation. The portion which is biologically significant is UV and higher energy radiation.

2. Ionizing radiation

UV radiation is not ionizing but can react with DNA and other biological molecules and is also important as a mutagen.

The units now used for ionizing radiation of all types are rems (roentgen equivalent man): 1 rem of any ionizing radiation produces similar biological effects. The unit used previously was the rad (radiation absorbed dose). However, the effects of different types of radiation differ for one rad unit: one rad of alpha particles has a much greater damaging effect than one rad of gamma rays alpha particles have a greater RBE (relative biological effectiveness) than gamma rays. The relationship between these units is that:

In addition to the energy type and total dose of radiation the dose rate should be considered: the same number of rems given in a brief, intense exposure (high dose rate) causes burns and skin damage versus a long-term weak exposure (low dose rate) which would only increase risk of mutation and cancer.

3. Sources of radiation

In addition, humans have created artificial sources of radiation which contribute to our radiation exposure. Among these are medical testing (diagnostic X-rays and other procedures), nuclear testing and power plants, and various other products (TV's, smoke detectors, airport X-rays).

Taken together, our overall total average exposure from all sources is about 350 mrem/year the major contributor of which is from radon exposure. See the graph on page 281 of your text for the breakdown.

4. Biological effects of radiation

sublethal dose (100-250 rems): nausea and vomiting early 1-2 wk. latent period followed by malaise, anorexia, diarrhea, hair loss, recovery (latency due to time it takes hematopoetic or other damage to show up)

lethal dose (350-450 rems): nausea and vomiting early 1 wk. latent period followed by above with more severe symptoms including internal bleeding a 50% chance of death [LD50 : dose at which half of exposed individuals will die ca. 400 rems for humans]. Death is due to blood cell or gastrointestinal failure.

supralethal dose (>650 rems): nausea and vomiting early, followed by shock, abdominal pain, diarrhea, fever and death within hours or days. Death is due to heart or CNS damage.

For the affected tissues and organs, the number of destroyed cells and the likelihood of their replacement determines the survival chances. The long term effects include increased cancer risk and increased risk of mutations in one's offspring.

5. Genetic effects of radiation

  • -breaks in one or both strands (can lead to rearrangements, deletions, chromosome loss, death if unrepaired this is from stimulation of recombination)
  • -damage to/loss of bases (mutations)
  • -crosslinking of DNA to itself or proteins

6. UV (ultraviolet)

UV is normally classified in terms of its wavelength: UV-C (180-290 nm)--"germicidal"--most energetic and lethal, it is not found in sunlight because it is absorbed by the ozone layer UV-B (290-320 nm)--major lethal/mutagenic fraction of sunlight UV-A (320 nm--visible)--"near UV"--also has deleterious effects (primarily because it creates oxygen radicals) but it produces very few pyrimidine dimers. Tanning beds will have UV-A and UV-B. To see a graphic representation of the wavelengths of UV and ozone absorption, click here.

The major lethal lesions are pyrimidine dimers in DNA (produced by UV-B and UV-C)--these are the result of a covalent attachment between adjacent pyrimidines in one strand. This is shown here for a thymine-thymine dimer and here for a thymine-cytosine dimer. These dimers, like bulky lesions from chemicals, block transcription and DNA replication and are lethal if unrepaired. They can stimulate mutation and chromosome rearrangement as well.


What is a gene variant and how do variants occur?

A gene variant is a permanent change in the DNA sequence that makes up a gene. This type of genetic change used to be known as a gene mutation, but because changes in DNA do not always cause disease, it is thought that gene variant is a more accurate term. Variants can affect one or more DNA building blocks (nucleotides) in a gene.

Gene variants can be inherited from a parent or occur during a person’s lifetime:

  • Inherited (or hereditary) variants are passed from parent to child and are present throughout a person’s life in virtually every cell in the body. These variants are also called germline variants because they are present in the parent’s egg or sperm cells, which are also called germ cells. When an egg and a sperm cell unite, the resulting fertilized egg cell contains DNA from both parents. Any variants that are present in that DNA will be present in the cells of the child that grows from the fertilized egg.
  • Non-inherited variants occur at some time during a person’s life and are present only in certain cells, not in every cell in the body. Because non-inherited variants typically occur in somatic cells (cells other than sperm and egg cells), they are often referred to as somatic variants. These variants cannot be passed to the next generation. Non-inherited variants can be caused by environmental factors such as ultraviolet radiation from the sun or can occur if an error is made as DNA copies itself during cell division.

Some genetic changes are described as new (de novo) variants these variants are recognized in a child but not in either parent. In some cases, the variant occurs in a parent’s egg or sperm cell but is not present in any of their other cells. In other cases, the variant occurs in the fertilized egg shortly after the egg and sperm cells unite. (It is often impossible to tell exactly when a de novo variant happened.) As the fertilized egg divides, each resulting cell in the growing embryo will have the variant. De novo variants are one explanation for genetic disorders in which an affected child has a variant in every cell in the body, but the parents do not, and there is no family history of the disorder.

Variants acquired during development can lead to a situation called mosaicism, in which a set of cells in the body has a different genetic makeup than others. In mosaicism, the genetic change is not present in a parent’s egg or sperm cells, or in the fertilized egg, but happens later, anytime from embryonic development through adulthood. As cells grow and divide, cells that arise from the cell with the altered gene will have the variant, while other cells will not. When a proportion of somatic cells have a gene variant and others do not, it is called somatic mosaicism. Depending on the variant and how many cells are affected, somatic mosaicism may or may not cause health problems. When a proportion of egg or sperm cells have a variant and others do not, it is called germline mosaicism. In this situation, an unaffected parent can pass a genetic condition to their child.

Most variants do not lead to development of disease, and those that do are uncommon in the general population. Some variants occur often enough in the population to be considered common genetic variation. Several such variants are responsible for differences between people such as eye color, hair color, and blood type. Although many of these common variations in the DNA have no negative effects on a person’s health, some may influence the risk of developing certain disorders.


شاهد الفيديو: أحياء التوجيهي - حصة 11 - تأسيس الطفرات + الطفرات الجينية - مؤيد المومني (قد 2022).