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Im Glas rekombinationsmthoden haben eine Einschritt Erstellung von großen DNA Sequenezen
von mehreren einzelnen ermöglicht. Obwohl synthetische biologische Schaltungen im Prinzip
auf der selben Art erstellt werden können, enthalten sie normalerweise sich wiederholende Sequenzteile,
wie promoters und terminator, die bei der Recombination stören.
Wir benutzen ein Computer gestützten Ansatz um biologische, synthetische inaktive unique nucleotide
sequences (UNSes) zu designen, die das genaue Erstellen erleichtern.
Wichtig: unsere designten UNSes machen es möglich Teile zu assemblieren die wiederholende
terminator und insulator Sequenzen enthalten. Und damit isolierte, funktionale genetische Schaltungen
in Bakterien und Säugetierzellen zu erstellen.
...

In vitro recombination methods have enabled one-
step construction of large DNA sequences from
multiple parts. Although synthetic biological
circuits can in principle be assembled in the same
fashion, they typically contain repeated sequence
elements such as standard promoters and termin-
ators that interfere with homologous recombination.
Here we use a computational approach to design
synthetic, biologically inactive unique nucleotide
sequences (UNSes) that facilitate accurate ordered
assembly. Importantly, our designed UNSes make it
possible to assemble parts with repeated terminator
and insulator sequences, and thereby create
insulated functional genetic circuits in bacteria and
mammalian cells. Using UNS-guided assembly to construct
repeating promoter-gene-terminator parts, we systematically varied gene expression to
optimize production of a deoxychromoviridans bio-
synthetic pathway in Escherichia coli. We then used
this system to construct complex eukaryotic AND-
logic gates for genomic integration into embryonic
stem cells. Construction was performed by using
a standardized series of UNS-bearing BioBrick-
compatible vectors, which enable modular assembly
and facilitate reuse of individual parts. UNS-guided
isothermal assembly is broadly applicable to the
construction and optimization of genetic circuits
and particularly those requiring tight insulation,
such as complex biosynthetic pathways, sensors,
counters and logic gates.

[1] Rapid construction of insulated genetic circuits via synthetic sequence-guided isothermal assembly. Silver et al.

DNA kann sich vermehren. Das wusste man schon lange. Wie genau das geht ist aber überhaupt nicht so leicht ersichtlich. PCR Polymerase-Kettenreaktion ist eine Methode um die Replikation, die normalerweise in einer Zelle stattfindet, unter kontrollierten Bedingungen im Labor durchzuführen. Dazu wird die original DNA, welche die zu vervielfältigen Abschnitte enthält, sowie Primer und DNA-Polymerase zusammen mit Nucleotide in einem Thermocycler gegeben und mehrmals erhitzt und wieder abgekühlt.
Der Ablauf besteht im wesentlichen aus drei Schritten.
Im ersten Schritt wird die DNA auf 96° (Schmelztemperatur) erhitzt um die Doppelstränge zu trennen. Bei niedriger Temperatur richten sich im zweiten Schritt die (komplementären) Primer an der DNA aus. Die genaue Temperatur wird durch die Länge und der GC-Gehalt der Primer festgelegt. Schließlich wird im dritten Schritt bei erhöhter Temperatur mit Hilfe der DNA-Polymerase der Strang mit komplementären Base wieder aufgefüllt.
Werden die Schritte mehrmals hintereinander ausgeführt, vervielfältigt sich die DNA Kettenreaktionsartig.

Die Buchstaben A T C G U stehen für die Basen Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin und Uracil. Wobei Thymin und Uracil "sich ähnlich sehe" und das letzte nur bei RNA vorkommt.
Diese Moleküle bestehen aus Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und etwas Phosphor. Zucker und Klebstoff, die Bausteine des Lebens.

Adenin ist wie Guanin ein Purin. Wohingegen Thymin, Cytosin und Uracil ein Pyrimidin sind. Dabei ist Purin eine heterobicyclische aromatische organische Verbindung mit vier Stickstoffatomen. Wärend Pydimidin eine sechsgliedrige heterocyclische aromatische organische Verbindung mit zwei Stickstoffatomen ist. Adein und Guanin sind also fetter als die anderen ;) So kann sich ein Purin nur mit einem Pyrimidin verbinden. Es existiert also keine A-G Verbindung.

Die Summenformel von Adenin ist C5H5N5, die von Guanin C5H5N5O. Also ein Sauerstoff Atom ist mehr dran. Bei Thymin lautet die Summenformel C5H6N2O2, Cytosin C4H5N3O und Uracil C4H4N2O2.

Adenin bildet zwei Wassserstoffbrücken zu Thymin oder Uracil. Wärend Guanin drei Wasserstoffbrücken zu Cytosin bildet. Es wird also mehr Energie benötigt um eine G-C Verbindung aufzutrennen.

Thymin kann man aus Rinderhirn extrahieren. Genauso wie Radiergummis.

Über ein Phosphor am C5 Atoms des Thymins oder Uracils kann eine Verbindung zu anderen Nucelotides im DNA Strang hergestellt werden.

Guanin ist übrigends das Guano, was bei Fledermäusen hinten raus kommt.

Auch bei Cytosin und Gianin ist über das C5 Atom und Phosphor eine Verbindung zum DNA Strang möglich.

Aus: On the repliaton of desoxyribonucleic acid (DNA) by M. Delbrück

The structure proposed by Watson and Crick consists of two polynucleotide chains wound helically around a common axis, tied together by hydrogen bounds between the purine and pyrimidine side chains.
These side chains of the two chains are aranged so that adenine is always matched with thymine and guanine with cytosine.
The sequence of bases along either chains is not subject to any restrictions, but once the sequence along on chain is given, the sequence along the other chain is completely determinded. This sequence, then, constitutes the genetic information, a linear message written in a four-symbol code. The duplex of the two chains contains the information in a twofold redundance. Each chain has a directional polarity because of the nonequivalence of the 3- and 5- positions through which each pentose is linked to the preceding and the following phosphate group in the chan. This polarity runs in opposite directions in the two chains of the duplex.

Und ein Übersetzungsversuch

The Struktor vorgeschlagen von Watson und Crick besteht aus zwei poly nukleotide Ketten welche sich spiralförmig um eine gemeinsame Achse winden. Sie sind zusammengebunden durch Wasserstoffbrücken zwischen der purine? und pyrimidine? Seitenketten.
Die Seitenketten von den beiten Ketten sind so angeordnet, dass Adenine immer passend zu Thymine und Guanine mit Cytosine angeordnet sind.
Die Sequenz von Basen von einer Kette ist keiner Beschränkung unterlegen, aber sobald die Sequnez entlang einer Kette festliegt, so ist die Sequenz der anderen Kette komplett festgelegt. Diese Sequenz stellt die genetische Information dar. Eine lineare Nachricht, geschrieben in ein vier Symbol Code.
??? zweifachen Redundance. Jede Kette hat eine Richtungspolarität weil 5- und 3- nicht equivalent sind. Die 5- und 3- Positionen durch welche jede pentose verbunden ist durch die vorangegangene und nächste Phosphategruppe in der Kette. Die beiden Ketten verlaufen in entgegengesetzen Richtungen.

Und ein wenig aus Wikipedia

Die Gene in der DNA enthalten die Information für die Herstellung der Ribonukleinsäuren (RNA, im Deutschen auch RNS). Eine wichtige Gruppe von RNA, die mRNA, enthält wiederum die Information für den Bau der Proteine (Eiweiße), welche für die biologische Entwicklung eines Lebewesens und den Stoffwechsel in der Zelle notwendig sind. Innerhalb der Protein-codierenden Gene legt die Abfolge der Basen die Abfolge der Aminosäuren des jeweiligen Proteins fest: Im genetischen Code stehen jeweils drei Basen für eine bestimmte Aminosäure.

DNA --Info--> RNA -| (message)mRNA --Info--> Proteine | (Base,Base,Base) -> Aminosäure
                   | (ribosomale) rRNA
                   | (transfer) tRNA

Es gibt noch UNA, unique nucleotide sequence. Eine Definition habe ich bei medical-dictionary gefunden:

unique DNA
DNA sequences that occur only once in the haploid genome

Ja, ein Stück DNA, dass es so nur einmal im Kochtopf gibt, damit beim Assemblieren der Gene nichts falsch verbunden wird.

Eine kurze Zusammenfassung der Zusammenfassung von "Über die Natur der Genmutation und der Genstruktur" von Max Delbrück, Timofeeff-Ressovsky und K.G. Zimmer.

a) Spontan treten verschiedenste Mutationen auf, die Mutationsrate ist aber gering, und beträgt ... ca. 0.1%
b) Die spontane Mutabilität ist zeitunabhängig...
c) Die spontane Mutationsrate ist als Prozentstatz der Mutationen pro Zeiteinheit zu definieren.
d) Die spontane Mutationsrate ist temperaturabhängig und folgt der CAN T'Hoff'schen Regel...
e) Verschiedene Gene, und auch verschiedene Allele desselben Gens zeigen verschieden ohne Mutationsraten...
f) Durch Röntgen ... -strahlung wird die Mutationsrate stark erhöht. ...
g) Die Bestrahlung ruft bei beiden Geschlechtern und in verschiedenen Geweben Mutationen durch direkte Beeinflussung der Gene ... hervor. ...
h) Die durch Bestrahlung ausgelöste Mutationsraten sind den applizierten Dosen direkt und linear proportional.
i) Von der Wellenlänge ... der applizierten Strahlung ist weder die Halbwerstdosis, noch die Form der Proportionalitätskurve der Mutabilität abhängig. ...
k) ... Die Mutationsrate ist ... zeitfaktorunabhängig und hängt nur von der Gesamtmenge der applitierten Strahlung.
l) Die mutationsauslösende Wirkung der Strahlung ist von der Temperatur ... unabhängig. ...
m) Die strahleninduzierte Rate einzelner Gene wird anscheinend, ..., von der Struktur der bet. Allel mitbeeinflußt. ...
n ) Die spontan besonders labilen Gene brauchen keine entsprechende, besonders hohe strahleninduzierte Mutationsrate zu ergeben.
o) Bei den "mutablen" Allen ist der Einfluß der Temperaturerhöhung und der Bestrahlung auf die Mutationsrate minimal.

Vierter Teil: Theorie der Genmutation und der Genstruktur

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Die Mutation wird durch Zufuhr der Energie von außen oder durch Schwankungen der Temperaturenergie, die unvermeidlich mit der statisch-linetischen Natur der Wärme verbunden ist, erzeugt, und besteht in einer Umlagerung der Atome in eine andere Gleichgewichtslage innerhalb eines Atomverbandes. Als Atomverband wird dabei eine Struktur definiert, in der bestimme Atome in bestimmter Lage stabil angeordner sind.
...

Zum Start möchte ich mit einem Zitat von 1933 beginnen. Der Gedanke ist von Nils Bohr. Aus den Erinnerung von Max Delbrück. Niedergeschrieben von Ernst Fischer. Zu lesen in "Das Atom der Biologen".

In der Physik kennt man das einfachste Atom, den Wasserstoff. Ein Elektron umkreist ein Proton. Man kann nun bis zum Ende aller Tage damit klassische Physik betreiben, es wird doch niemals ein stabiles Atom werden. Erst wenn man das Quantum der Wirkung einführt und komplementär denkt, versteht man die Wirklichkeit in diesem Bereich. In der Biologie stelle man sich die einfachste Form des Lebens vor, zum Beispiel eine Zelle. Man weiß, sie besteht aus den Molekülen und anderen Elementen der organischen Chemie. Man kann nun wieder das Zusammenwirken aller dieser Komponenten bis in alle Ewigkeit analysieren und beschreiben, es kommt nichts Lebendes dabei heraus, es sei denn, man denkt komplementär und fügt etwas hinzu, was analog zum Wirkungsquantum der Atome ist.

Max Delbrück hat bis zum Lebensende nach dieser komplementäre Sache gesucht, aber nicht gefunden. Ob so etwas mittlerweile gefunden wurde?
Als eine der bedeutendsten Entdeckungen zu jener Zeit gehört die Doppelhelix der DNA. Jene, und RNA, lassen sich hervorragen im Computer abbilden und zur Simulation nutzen.
Max Delbrück hat mit Timofeeff-Ressovsky und K.G. Zimmer in der Arbeit D8, "Über die Natur der Genmutation und der Genstruktur", gezeigt, "dass stabile Gene mit steigender Temperatur labiler werden, während die ursprünglichen leicht anfälligen Gene dadurch unbeeinflußt bleiben - genau dies beobachtete man im Experiment".

Lasst uns damit anfangen...