Что такое рнк интерференция?

Применение РНК-интерференции

• Использование синтетических молекул дцРНК запускает реакцию клетки на РНК-интерференцию и регулирует экспрессию генов.
• Таким образом, искусственно индуцированная РНК-интерференция имеет широкий спектр применения в клинической, медицинской и других областях исследований.
• В настоящее время он широко используется в исследованиях нокаута генов.
• Кроме того, он используется в исследованиях и исследованиях геномики. В настоящее время используется терапевтически против вирусные инфекции, рак и неврологические заболевания, и исследователи намереваются использовать его в качестве более безопасного средства для лечения болезней.
• РНК-интерференцию также можно использовать в персонализированной медицине и генной терапии для достижения определенной цели.
• В последние годы технология РНК-интерференции становится все более распространенной в исследованиях растений и повышении урожайности.
• В настоящее время ученые используют РНК-интерференцию и антисмысловую РНК для развития сельскохозяйственных культур. С использованием современных технологий разрабатываются новые характеристики растений и устойчивые к болезням виды растений.
• Кроме того, он используется для борьбы с вредителями и повышения урожайности. Помидор Flvr Savr, кофе без кофеина и табак без никотина — вот лишь некоторые из наиболее ярких примеров видов растений, созданных с помощью технологии РНК-интерференции.
• РНКи также используется для определения устойчивости к болезням и патогенам, развития мужской стерильности и функциональных геномных исследований растений. С помощью РНК-интерференции (РНКи) получают вирусоустойчивые виды растений против вируса мозаики прицветника банана, вируса бациллоформы риса тунгро, вируса мозаики табака и вируса мозаики огурца.
• Искусственно сконструированная дцРНК, комплементарная вирусной РНК, встраивается в геном растения, имитируя природную ми/миРНК и разрушая вирусную дцРНК всякий раз, когда она атакует.

Передача генетической информации в квантовой генетике

В квантовой генетике предполагается, что генетическая информация хранится не только в ДНК, но и в квантовых состояниях, например в форме квантовых кодов или квантовых битов. Квантовые состояния могут быть зашифрованы в различных квантовых свойствах, таких как энергия, спин или поляризация. Передача генетической информации в квантовой генетике осуществляется с использованием квантовых явлений, таких как квантовая суперпозиция и квантовая перепутанность.

Одним из предложенных механизмов передачи генетической информации в квантовой генетике является квантовая телеория, которая предполагает, что изменения в одной частице могут мгновенно отразиться на другой частице, находящейся в пространственно разделенном состоянии. Таким образом, генетическая информация может быть передана от одной клетки к другой без необходимости физического контакта.

Другим предложенным механизмом является квантовая связь между ДНК молекулами, которая позволяет передачу информации не только между родителями и потомством, но и между различными клетками внутри организма. Это может быть связано с квантовой перепутанностью, когда изменение состояния одной ДНК молекулы автоматически приводит к изменению состояний других связанных с ней молекул.

Также, в квантовой генетике исследуется роль квантовых флуктуаций в процессе передачи генетической информации. Квантовые флуктуации могут привести к изменениям в состояниях частиц, что может сказаться на передаче генетической информации и привести к изменениям в развитии организма.

В целом, квантовая генетика исследует новые аспекты передачи генетической информации, предлагая альтернативные механизмы и объяснения для развития живых организмов. Это открывает новые возможности для понимания генетических процессов и может иметь значительное влияние на медицину и биотехнологии в будущем.

Индивидуальные доказательства

1. ↑
2. Kamath RS, Ahringer J: Полногеномный скрининг РНКи у Caenorhabditis elegans . В кн . : Методы
3. ↑
4. ↑
5. ↑
6. Сиоми Х., Сиоми МС: На пути к чтению кода РНК-интерференции . В кн . Природа . 457, No. 7228, январь 2009 г., стр. 396-404. DOI . .
7. Йохен Грау: Генетика . Спрингер, Берлин; 5-е, полностью переработанное издание 2010 г .; ISBN 978-3-642-04998-9 ; С. 317.
8. Аравин А.А., Хэннон Г.Дж., Бреннеке Дж .: Путь Piwi, пиРНК обеспечивает адаптивную защиту в гонке вооружений транспозонов . В кн . : Наука
9. Лю Дж, Кармелл М.А., Ривас Ф.В. и др. : Argonaute2 — это каталитический двигатель РНКи млекопитающих . В кн . : Наука
10. Iwasaki S, Kawamata T, Tomari Y: Drosophila argonaute1 и argonaute2 используют разные механизмы репрессии трансляции . В кн . : Мол
11. Vasudevan S, Tong Y, Steitz JA : Переход от репрессии к активации: микроРНК могут активировать трансляцию . В кн . : Наука
12. Krützfeldt J, Rajewsky N, Braich R, et al. : Подавление микроРНК in vivo с помощью «антагомиров» . В кн . : Природа . 438, No. 7068, декабрь 2005 г., стр. 685-689. DOI : .
13. К. Грефе: , Pharmazeutische Zeitung , 10 марта 2020 г., по состоянию на 30 марта 2021 г.
14. Ledford H: Наркогиганты отворачиваются от вмешательства РНК . В кн . : Природа
15. Олдертон Г.К .: Терапия: большой шаг к нацеливанию на РНК . В: Обзоры природы Рак . 10, 2010, стр 313.. Дои : .
16. Napoli C, Lemieux C, Jorgensen R: Введение гена халконсинтазы в петунию приводит к обратимой ко-супрессии гомологичных генов в транс . В кн . : Растительная клетка
17. Гамильтон А.Дж., Баулкомб, округ Колумбия: Вид малых антисмысловых РНК в посттранскрипционном молчании генов у растений . В кн . : Наука
18. Эльбашир С.М., Харборт Дж., Лендекель В., Ялцин А., Вебер К., Тушл Т.: Дуплексы 21-нуклеотидной РНК опосредуют РНК-интерференцию в культивируемых клетках млекопитающих . В кн . : Природа

РНК-интерференция и регуляция генов

РНК-интерференция (РНКи) – это процесс, который позволяет регулировать выражение генов в клетке. Он основан на использовании коротких двуцепочечных молекул РНК, называемых интерферирующими РНК (иРНК).

Главная роль РНКи заключается в подавлении или затухании активности определенных генов. Этот процесс происходит за счет связывания иРНК с молекулярными комплексами, известными как РНК-интерференционные комплексы (РИКи), и последующего расщепления целевой молекулы РНК или блокировки ее трансляции в белок.

Важно отметить, что РНКи является эволюционно сохраняемым механизмом регуляции генов и широко распространена в различных организмах, включая животных, растения и микроорганизмы. Она играет ключевую роль в развитии, размножении, защите от патогенов и других биологических процессах

Существует несколько типов РНКи, включая сиРНКи (siRNA), микроРНКи (miRNA) и плетенки длинных интерферирующих РНК (lncRNA). Каждый из этих типов выполняет свою специфическую функцию в молекулярных механизмах регуляции генов.

Одной из главных функций РНКи является защита от вирусных инфекций. При внедрении вируса в клетку, iРНК, специфические для патогена, могут быть синтезированы и использованы для подавления репликации вируса или его мРНК. Таким образом, они играют важную защитную роль и помогают клетке справиться с инфекцией.

Кроме защитной функции, РНКи также играют существенную роль в биологических процессах развития организма. Они позволяют регулировать процессы дифференцировки и морфогенеза, обеспечивая точное выражение генов и поддерживая необходимые уровни белков в различных типах клеток.

В итоге, РНК-интерференция – это важный механизм регуляции генов, который позволяет клетке точно контролировать выражение своего генома. Этот процесс играет ключевую роль в различных биологических процессах и может быть использован для лечения генетических заболеваний и борьбы с инфекционными заболеваниями.

Применение РНК-интерференции в научных и медицинских исследованиях

РНК-интерференция (RNAi) является мощным инструментом в исследованиях генетики и биологии, позволяющим эффективно подавлять экспрессию генов. Эта технология основана на использовании маленьких двуцепочечных РНК-молекул, называемых интерферирующими РНК (siRNA), которые специфично направляются на молекулы мессенджерной РНК (mRNA) и приводят к их деградации или блокировке трансляции.

РНК-интерференция широко применяется в научных исследованиях для изучения функций конкретных генов. С помощью RNAi можно выбирать гены для подавления, а затем анализировать эффекты этого подавления. Это позволяет исследователям выявить, какие процессы контролируются определенными генами и какие фенотипы проявляются при их подавлении.

Одно из основных применений РНК-интерференции в научных исследованиях — изучение генетических взаимодействий. Например, можно подавить один ген и исследовать, как это влияет на экспрессию других генов или на образование белков. Такие эксперименты позволяют понять, как различные гены взаимодействуют друг с другом и какие сигнальные пути и регуляторы управляют этими взаимодействиями.

РНК-интерференция также используется в медицинских исследованиях и имеет большой потенциал для разработки новых методов лечения различных заболеваний. Например, мутации в определенных генах могут приводить к развитию генетических заболеваний, таких как рак или наследственные нарушения. С помощью RNAi можно подавлять экспрессию этих мутантных генов и исследовать, как это влияет на развитие болезни или на рост опухоли. Это позволяет исследователям и медикам разрабатывать новые терапевтические подходы и индивидуальные методы лечения.

Более того, интенсивные исследования в области РНК-интерференции привели к развитию новых методов доставки siRNA в организм. Это открывает возможности для разработки новых лекарственных препаратов, основанных на подавлении экспрессии определенных генов. Вместо традиционных методов лечения, основанных на прямом воздействии на патоген, такие препараты могут направляться на подавление эндогенных факторов, ответственных за развитие заболевания.

Таким образом, РНК-интерференция представляет собой значимый инструмент в научных исследованиях и имеет перспективы для применения в медицине. Ее использование открывает новые возможности для изучения генетических процессов, понимания молекулярных механизмов заболеваний и разработки новых методов лечения.

Роль РНК-интерференции в природных процессах

РНК-интерференция (РНКi) — это процесс, при котором короткие РНК-молекулы, называемые малыми интерферирующими РНК (miRNA) или короткими интерферирующими РНК (siRNA), взаимодействуют с молекулами РНК, блокируя их функцию и тем самым регулируя экспрессию генов. РНКi играет важную роль в различных природных процессах, таких как развитие организма, защита от вирусных инфекций и поддержание геномной стабильности.

Главная роль РНКи заключается в регуляции экспрессии генов. MiRNA и siRNA связываются с целевыми РНК-молекулами, образуя РНК-интерферентный комплекс. Этот комплекс воздействует на геномную матрицу, мешая процессу транскрипции или мешая связыванию РНК с рибосомами в процессе трансляции. Таким образом, при помощи РНКи можно снизить уровень экспрессии конкретного гена или полностью блокировать его.

РНКi имеет важное значение в развитии организмов. Например, miRNA играют роль в процессе дифференциации клеток, контролируя экспрессию генов, ответственных за их развитие и специализацию

Они также участвуют в регуляции клеточного цикла, апоптоза и метастаза. Благодаря взаимодействию с другими молекулами, РНКи способны обеспечивать точность и широту регуляции генов.

Кроме того, РНК-интерференция является важным механизмом защиты организма от вирусных инфекций. Когда организм подвергается вирусной инфекции, он может приступать к синтезу специальных интерферирующих РНК, которые будут связываться с вирусной РНК и разрушать ее структуру. Таким образом, РНКи помогают организму защититься и справиться с инфекцией.

Интересно, что РНК-интерференция может также играть роль в поддержании геномной стабильности. Существует гипотеза, что возникновение и эволюция miRNA и siRNA может быть связано с защитой генома от повреждений и мутаций. Благодаря взаимодействию с молекулами РНК, РНКи могут предотвращать несвоевременную транскрипцию или трансляцию генов, что помогает снизить риск возникновения генетических изменений.

Примеры природных процессов, в которых участвует РНК-интерференция:
Природный процесс
Роль РНК-интерференции

Развитие организма
Регуляция экспрессии генов, дифференциация клеток

Защита от вирусных инфекций
Уничтожение вирусной РНК

Поддержание геномной стабильности
Предотвращение генетических изменений

функция

В природе встречаются разные типы интерферирующих РНК. Хотя эти разные типы интерферирующей РНК используют общие или родственные механизмы, некоторые из их функций сильно различаются.

Защита от вирусов

РНК-интерференция играет важную роль в защите от чужеродной РНК, особенно в растениях. Таким образом, он представляет собой центральный компонент системы защиты растений от РНК-вирусов . Этой защитной функцией является миРНК ( малая интерферирующая РНК ), которая в растительных клетках в результате заражения РНК-вирусом во время репликации вируса образуется и образуется РНК. в то же время служит клетке для распознавания и уничтожения этой чужеродной РНК. Многие вирусы пытаются избежать этого защитного механизма, подавляя белки, участвующие во взаимодействии РНК.

Подобные механизмы РНК-интерференции для защиты от инфекции также можно найти у грибов, круглых червей и насекомых. У млекопитающих наличие эндогенного защитного механизма, основанного на siRNA, не определено. У млекопитающих эту задачу может выполнять специальная клеточно-специфическая miRNA ( микро РНК ) с прямым ингибирующим действием на репликацию вирусов.

Регулирование экспрессии генов

При участии собственной миРНК клетки вмешательство РНК играет важную роль в регуляции экспрессии генов во многих многоклеточных организмах . Примерно 1000 различных микроРНК в организме человека контролируют активность около 30% генов человека. Среди прочего, это влияет на многие функции иммунной системы. Следовательно, регуляция активности генов с помощью miRNA так же важна, как и регуляция с помощью факторов транскрипции .

Клеточно-специфический вариант миРНК, так называемая esiRNA ( эндогенная миРНК ), также участвует в регуляции экспрессии генов. В отличие от экзогенной миРНК, эта мешающая РНК, которая встречается у растений, грибов и животных, не используется для защиты от вирусов.

Контроль транспозонов

Другая задача, контроль так называемых прыгающих генов ( транспозонов ), выполняется, в частности, другим типом молекулы интерферирующей РНК, пиРНК ( взаимодействующая РНК PIWI ). У людей эта функция РНК-интерференции играет особую роль в сперматогенезе и развитии эмбриона .

История открытия

Деактивация генов посредством передачи РНК была обнаружена в петунии (слева: дикий тип , в середине и справа: после вмешательства РНК)

Примерно в 1990 году исследовательская группа во главе с Джозефом Молом и Ричардом Йоргенсеном попыталась усилить цвет цветков петуний . Они намеревались ввести в растения дополнительные копии гена дигидрофлавонолредуктазы и надеялись стимулировать выработку цветочных пигментов (из группы флавоноидов ). Однако все было наоборот. К всеобщему удивлению, большинство генетически модифицированных растений были менее окрашены, чем необработанные, а некоторые даже были белоснежными. Термин «косупрессия» был первоначально придуман для этого явления, поскольку не только гены, введенные в растения, но также и соответствующий ген дигидрофлавонолредуктазы, который встречается в естественных условиях в растениях, не обеспечивают какого-либо или только небольшого количества функциональных белков.

Несколько лет спустя дальнейшие исследования показали, что гены не только отключались на уровне транскрипции, но и продуцируемая ими мРНК также быстро разрушалась в клетках — процесс, известный как посттранскрипционное молчание генов (PTGS). Примерно в то же время аналогичные явления были описаны у грибов ( Neurospora crassa ) под названием Quelling , у водорослей и нематоды C. elegans .

Эндрю З. Огонь

В 1998 году после серии исследований стало окончательно ясно, что сама мРНК в значительной степени вовлечена в феномен PTGS. Почти одновременно с полной последовательности из генома из C. Элеганс Эндрю Огонь и Craig Mello 1998. Методика РНК интерференции (RNAi), отличающийся тем , что двухцепочечную РНК в C. Элеганс к эффективному и специфических генов приводит нокдаун. За это они были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине 2006 года. Однако как именно введение двухцепочечной РНК в организм приводит к деградации целевой РНК, стало ясно только тогда, когда в 1999 году Эндрю Дж. Гамильтон и Дэвид К. Баулкомб смогли выделить короткие молекулы РНК длиной около 25 нуклеотидов, которые имеют прямую связь с регулируемой РНК: siRNA, которая придает РНКи ее специфичность путем связывания целевой РНК через спаривание оснований.

Однако при попытке перенести стратегию, использованную Крейгом Мелло и Эндрю Файром, на позвоночных , впоследствии возникли значительные проблемы: используемые клетки, по-видимому, не выдерживали длинных двухцепочечных РНК, и произошла запрограммированная гибель клеток ( апоптоз ). Только в 2001 году Сайда Эльбашир и Томас Тушл опубликовали способ решения этой проблемы. Они использовали короткие двухцепочечные РНК с 21 нуклеотидом в каждой, которые не приводят к апоптозу, но функционально достаточны для подавления гена.

Было высказано предположение, что мешающая РНК может играть роль в защите от РНК-вирусов и в регуляции некоторых мобильных генетических элементов (транспозонов). Поэтому, мотивированные тем фактом, что РНК-интерференция — это процесс, который, вероятно, универсален для эукариот, были предприняты попытки изолировать мешающую РНК из необработанных клеток. Была открыта еще одна группа малых молекул РНК, миРНК . Две из этих miRNA, lin-4 и let-7 , были ранее обнаружены у C. elegans и первоначально назывались стРНК ( малые височные РНК ).

Квантовая генетика и мутации

В рамках квантовой генетики изучается взаимосвязь между особенностями квантовых процессов и генетическими мутациями. Генетические мутации возникают при изменении последовательности нуклеотидов в ДНК и могут быть вызваны различными факторами, включая воздействие окружающей среды и внутренние процессы в организме.

Квантовая генетика позволяет по-новому взглянуть на процессы мутаций и их последствия. Согласно квантовым теориям, мутации могут возникать на квантовом уровне, где частицы, такие как электроны и фотоны, обладают волновыми свойствами. Это означает, что изменения в структуре генов и ДНК могут быть связаны с квантовыми флуктуациями и взаимодействием с квантовыми частицами.

Мутации могут иметь различные последствия для организма. Некоторые мутации могут привести к изменениям в функционировании определенных генов, что может вызывать различные заболевания или врожденные аномалии. Другие мутации могут быть более нейтральными и не оказывать значительного влияния на организм.

Квантовая генетика помогает лучше понять, как возникают и распространяются мутации, и может предложить новые методы и подходы для их исследования. Знание о квантовых процессах может помочь улучшить прогнозирование и лечение генетических заболеваний, а также сделать новые открытия в области эволюции и развития организмов.

Приложения

В 2006 году более 14 000 научных статей упоминали этот метод РНК-интерференции, что свидетельствует о необычайном интересе к нему исследователей. Использование малых интерферирующих РНК для изучения функции гена у млекопитающих через несколько лет стало основным методом, применяемым биологами всех дисциплин. Этот метод также является предметом работ в области биотехнологии растений с целью создания новых видов ГМО .

В течение нескольких лет были разработаны другие методы, предназначенные для подавления экспрессии гена. Наиболее известное использование десенсибилизирующие , рибозимы , аптамеры, антисмысловые олигонуклеотиды. По сравнению со всеми этими методами, РНК-интерференция оказалась более эффективной и гораздо более гибкой с точки зрения выбора целевой последовательности и технически простой для реализации в лаборатории, что объясняет ее большую популярность. Многие гены сверхэкспрессируются или экспрессируются в неправильном месте или в неправильное время при многих патологиях

Возможность подавления этих патологических проявлений является важной надеждой на лечение этих многих заболеваний, в первую очередь рака. Примечательно, что менее чем через пять лет после статьи Tuschl et al

уже проводятся клинические испытания на людях для лечения глазных патологий (возрастная дегенерация желтого пятна) и некоторых вирусных патологий (респираторно-синцитиальный вирус). Эти тесты пока не выявили особой токсичности и показали хорошую эффективность, что обнадеживает, но должно быть подтверждено испытаниями в более крупном масштабе.

сельское хозяйство

Вымирание генов за счет интерферирующей РНК является предметом исследований и уже используется для замены синтетических пестицидов .

Квантовая генетика и эволюция организмов

Одной из основных идей квантовой генетики является возможность квантовых событий, таких как суперпозиция и интерференция, влиять на генетические процессы в организмах. Например, это может означать, что некоторые мутации и изменения в ДНК могут быть результатом квантовых флуктуаций.

Однако, на данный момент, механизмы и процессы, связанные с квантовой генетикой, все еще находятся на стадии исследования и требуют дальнейших исследований. Несмотря на это, уже существуют некоторые эксперименты, которые показывают связь между квантовыми явлениями и генетическими процессами.

Квантовая генетика и эволюция живых организмов

Одной из интересных областей исследования в квантовой генетике является ее влияние на эволюцию живых организмов. Эволюция — это процесс изменения организмов со временем, который включает в себя генетические изменения и адаптацию к окружающей среде.

Квантовая генетика вносит новые элементы в понимание эволюции, показывая, что квантовые явления могут быть ключевыми элементами в генетических процессах, ведущих к появлению новых видов и адаптации к изменяющимся условиям. Например, квантовые процессы могут играть роль в эволюции мутаций и изменений в геноме, которые могут способствовать выживанию в новых средах.

Исследования в этой области позволяют увидеть более глубинные принципы эволюции и понять, как она может происходить на квантовом уровне. Это открывает новые перспективы в изучении и понимании эволюции организмов и может иметь значительные практические применения в сельском хозяйстве, медицине и других сферах жизни.