تعيين رفتار تعاملی DNA تیموس گوساله با بربرين هیدروکلريد در حضور هيستون پیونددهنده : يک مطالعه بيوفيزيکی

Determining the interaction behavior of calf thymus DNA with berberine hydrochloride in the presence of linker histone: a biophysical study

Abstract

The binding of small molecules with histone-DNA complexes can cause an interference in vital cellular processes such as cell division and the growth of cancerous cells that results in apoptosis. It is significant to study the interaction of small molecules with histone-DNA complex for the purpose of better understanding their mechanism of action, as well as designing novel and more effective drug compounds. The fluorescence quenching of ct-DNA upon interaction with Berberine has determined the binding of Berberine to ct-DNA with Ksv= 9.46 107 M1 . Ksv value of ct-DNA-Berberine in the presence of H1 has been observed to be 3.10 107 M1 , indicating that the H1 has caused a reduction in the binding affinity of Berberine to ct-DNA. In the competitive emission spectrum, ethidium bromide (EB) and acridine orange (AO) have been examined as intercalators through the addition of Berberine to ct-DNA complexes, which includes ctDNA-EB and ctDNA-AO. Although in the presence of histone H1 , we have observed signs of competition through the induced changes within the emission spectra, yet there has been apparently no competition between the ligands and probes. The viscosity results have confirmed the different behaviors of interaction between ctDNA and Berberine throughout the binary and ternary systems. We have figured out the IC50 and viability percent values at three different time durations of interaction between Berberine and MCF7 cell line. The molecular experiments have been completed by achieving the results of MTT assay, which have been confirmed to be in good agreement with molecular modeling studies.

1 Introduction

Cancer is acknowledged as the collapse of cellular regulation and uncontrolled cell division. DNA carries unique genetic information about all the living creatures and controls cellular regulations, which acts as the guiding agent for the biological procedures of cells that result in transcription replication and protein synthesis (Agarwal, Jangir, & Mehrotra, 2013; Anbazhagan & Renganathan, 2008; Arrondo, Muga, Castresana, & Goni, ~ 1993; Asadi, Safaei, Ranjbar, & Hasani, 2004). Cell DNA is known as the compact form of chromatin, and among the group of proteins called histones, which are involved in the formation of chromatin, histone H1 is labeled as their most important member. Hence, the DNA and histone–DNA complex have the potential of being utilized as therapeutic goals for designing anticancer drugs (Bazett-Jones, Cot ^ e, Landel, Peterson, & Workman, 1999).

Generally, there are three different ways that the anticancer drugs can interact with DNA including binding to DNA groove (groove binding interaction), the binding between two strands of DNA (intercalation interaction) and covalent binding. Drugs with intercalation interactions can eliminate the cancer cells by creating a binding between two DNA strands (Bera, Sahoo, Ghosh, & Dasgupta, 2008; Bi et al., 2006; Blake et al., 1999; Borchman, Yappert, & Herrell, 1991; Burton et al., 1978; Cao & He, 1998; Chen et al., 2005; Chi & Liu, 2011; Du et al., 2011; Sowrirajan, Yousuf, & Enoch, 2014). We have investigated the interaction of Berberine chloride with DNA and histone H1–DNA complex throughout this study. Berberine (C20H18NO4) is a chemical compound with the molar mass of 366.36122 g/mol (Figure 1) (Gallori et al., 2000; Gittelson & Walker, 1967; Guo, Yue, & Gao, 2011; Hossain & Kumar, 2009; Huang & Zou, 2006; Ivankin, Carson, Kinney, & Wanunu, 2013; Jordan & Wilson, 2004; Kashanian et al., 2008; Khare & Pande, 2012; Kumar, Naik, Girija, Sharath, & Pradeepa, 2012; Kypr & Vorlıckova, 2002; Lerman, 1961). It has been widely studied as an isokoinoline alkaloid that belongs to the Protobebrine structural class and contains a cholesterol-like construction. In accordance with the available data, Berberine is capable of various biological and clinical activities such as antimicrobial, anticancer, antiinflammatory and antioxidant effects (Li & Dong, 2009; Macquet & Butour, 1978; Nafisi, Saboury, Keramat, Neault, & Tajmir-Riahi, 2007; Neelam, Gokara, Sudhamalla, Amooru, & Subramanyam, 2010). This particular substance can induce apoptosis through NFKB pathway and inhibit cell proliferation, as well as prevent and cause a delay in the progress of angiogenesis (Oohara & Wada, 1987). In addition, Jin et al. have studied the outcomes of Berberine on SKOV3 cancer cell line and reported that it has shown antitumor effects (Jin, Zhang, & Li, 2015). Berberine is also carried out to inhibit cancer cell proliferation by reducing the expression of BCL2 anti-apoptotic genes and increasing the expression of proapoptotic genes. Moreover, this interesting substance can induce apoptosis in the MCF-7 breast cancer cell line by causing a decrease in the expression of BCL2 and increasing the expression of CytC genes. Berberine has been widely studied and proven to contain antioxidant, antibacterial, antiTB and antitumor properties (Tang et al., 2009).

In this research, we have performed investigations on the type of interaction between Berberine chloride with DNA and histone H1–DNA complex throughout a variety of methods including fluorescence spectroscopy, absorption spectroscopy, resonance light scattering, circular dichroism (CD), melting temperature measurement, viscosity measurements, molecular modeling and 3-(4,5-cimethylthiazol-2-yl)-2,5- diphenyl tetrazolium bromide (MTT) assay

بیوسنسور DNA بسیار حساس بر اساس پلیمریزاسیون رادیکالی انتقال اتم الکتروشیمیایی

Ultrasensitive DNA biosensor based on electrochemical atom transfer radical polymerization

چکیده

1. مقدمه

2. آزمایشی

2.1. مواد شیمیایی و واکنش دهنده

2.2. پیش عملیات الکترود طلا

2.3. DNA سنجاق سری خودتجمع یافته بر روی الکترود طلا

2.4. ارزیابی الکتروشیمیایی

2.5. تجهیزات

3. نتایج و بحث

3.1. اصل عملکرد زیست حسگر DNA الکتروشیمیایی

3.2. امکان سنجی زیست حسگر

3.3. توصیف زیست حسگر

3.4. بهینه سازی شرایط آزمایشی

3.5. عملکرد تحلیلی

3.6. تشخیص DNA در سرم انسانی اسپایک شده

4. نتیجه گیری

منابع

چکیده

ما در اینجا یک زیست حسگر DNA بسیار گزینشی و فوق حساس مبتنی بر تقویت سیگنال پلیمریزاسیون رادیکالی انتقال اتم الکتروشیمیایی (ATRP) و “شیمی کلیک” را گزارش می‌کنیم. زیست حسگر با ایستا کردن تیول و آزید اصلاح شده با DNAهای سنجاق سری بر روی سطح الکترود طلا تهیه شد. در حضور DNAهای هدف  (T-DNA)، پروبهای سنجاق سری متصل با T-DNAها برای تشکیل DNA دوتایی و حلقه DNA سنجاق سری باز شدند تا گروه‌های آزید در سرهای 3′ قابل دسترس باشند. “کلیک واکنشها” بین آزید و propargyl-2 bromoisobutyrate (PBIB) ادامه یافتند تا واکنش ATRP را که تعداد زیادی از فروسنیل متیل متااکریلات (FMMA) را بر سطح الکترود ایجاد می‌کنند، آغاز کنند. مقدار FMMAبا تراکم TDNA متناسب بود و توسط ولتامتری موج مربعی نشان داده شد. با ترکیب تقویت سیگنال ATRP با “شیمی کلیک”، زیست حسگر DNA بهینه شده قادر به تشخیص 0.2 aM. T-DNA بود. کاربرد اولیه زیست حسگر DNA توسعه یافته با شناسایی DNA هدف در نمونه‌های سرم اسپایک شده نشان داده شد. توسعه زیست حسگر DNA امیدواری زیادی را برای شناسایی زیست حسگرهای ژنی نشان می‌دهد. 

1. مقدمه 

آزمایش اسید نوکلئیک با حساسیت و ویژگی بالا به خصوص در زمینه بیماریها (Fan و همکاران، 2006؛ Farjami و همکاران، 2011)، تشخیص مولکولی (Zhou و همکاران 2014)، تحقیقات زیست پزشکی (Palecek و همکاران، 2012)، استفاده از دارو (Meng و همکاران، 2016؛ Zhu و همکاران 2013)، نظارت زیست محیطی (Zhou و همکاران، 2017) و ایمنی غذا (Li و همکاران 2010) از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. استراتژی‌ها و فن آوریهای مختلفی برای شناسایی توالیهای منحصربفرد DNA مطرح شده‌اند. آگاروز و الكتروفورز ژل پلياكريلآميد (Southern، 1975؛ Zhu و همکاران 2015)، واکنش زنجیره پلیمراز در زمان واقعی (RT-PCR) (Doi و همکاران، 2015)، ریزآرایه‌های DNA ( تراشه ژنی) (Cho و Tiedje، 2002)، دستگاه BIAcore تشدید پلاسمون سطحی (Ding و همکاران، 2017) و سیستم GeneXpert (Jones و همکاران، 2001)، به عنوان روندهای استاندارد در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. 

4. نتیجه گیری

ما یک زیست حسگر بسیار گزینشی و فوق حساس DNA را با استفاده از تقویت سیگنال پلیمریزاسیون رادیکالی انتقال اتم الکتروشیمیایی (ATRP) و “شیمی کلیک” توسعه داده‌ایم. این زیست حسگر تحت شرایط مطلوب قادر به تشخیص حداقل 0.2  aM از DNA هدف بود. کاربرد اولیه این زیست حسگر DNA توسعه یافته با تشخیص DNA هدف در نمونه‌های سرم اسپایک شده نشان داده شد. بهینه سازیهای بیشتری برای کوتاه کردن کل زمان آزمایش برای کاربردهای واقعی زیست حسگر لازم است. زیست حسگر DNA توسعه یافته، امیدواری زیادی را برای تشخیص شاخصهای زیستی ژنی مانند  microRNA نشان می‌دهد. 

Abstract

Here we report a highly selective and ultrasensitive DNA biosensor based on electrochemical atom transfer radical polymerization (ATRP) signal amplification and “Click Chemistry”. The DNA biosensor was prepared by immobilizing thiol and azide modified hairpin DNAs on gold electrode surface. In the presence of target DNAs (T-DNA), hairpin probes hybridized with T-DNAs to form a duplex DNA, and the ring of hairpin DNA was opened to make azide groups accessible at 3′ ends. “Click reactions” proceeded between the azide and propargyl-2-bromoisobutyrate (PBIB) to initiate the ATRP reaction which brought a large number of ferrocenylmethyl methacrylate (FMMA) on the electrode surface. The amount of FMMA was proportional to the concentration of T-DNA and quantified by square wave voltammetry. Combining ATRP signal amplification with “Click Chemistry”, the optimized DNA biosensor was capable of detecting 0.2 aM. T-DNA. The preliminary application of the developed DNA biosensor was demonstrated by detecting target DNA in spiked serum samples. The developed DNA biosensor shows great promise for the detection of gene biomarkers.

1. Introduction

The nucleic acid test with high sensitivity and specificity is very important of central importance, especially in the field of diseases (Fan et al., 2006; Farjami et al., 2011), molecular diagnosis (Zhou et al., 2014), biomedical research (Palecek et al., 2012), medicine exploitation (Meng et al., 2016; Zhu et al., 2013), environmental monitoring (Zhou et al., 2017) and food safety (Li et al., 2010). Various strategies and technologies have been developed to identify unique DNA sequences. Agarose, and polyacrylamide gel electrophoresis (Southern, 1975; Zhu et al., 2015), real-time polymerase chain reaction (RT-PCR) (Doi et al., 2015), DNA microarrays (gene chip) (Cho and Tiedje, 2002), the surface Plasmon resonance BIAcore instrument (Ding et al., 2017) and GeneXpert system (Jones et al., 2001) have been used as standard procedures in research laboratories.

4. Conclusions

We have developed a highly selective and ultrasensitive DNA biosensor using electrochemically mediated surface-initiated atom transfer radical polymerization (ATRP) signal amplification and “Click Chemistry”. Under optimal conditions, the biosensor was capable of detecting minimum 0.2 aM. target DNA. The preliminary application of the developed DNA biosensor was demonstrated by detecting target DNA in spiked serum samples. More optimizations are required to shorten the total assay time for real biosensor applications. The developed DNA biosensor shows great promise for the detection of gene biomarkers such as microRNA.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

بیوسنسور DNA بسیار حساس بر اساس پلیمریزاسیون رادیکالی انتقال اتم الکتروشیمیایی

Ultrasensitive DNA biosensor based on electrochemical atom transfer radical polymerization

بیولوژی و پیامدهای بالینی ترمیم DNA در سرطان پروستات

DNA Repair in Prostate Cancer: Biology and Clinical Implications

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

بیولوژی و پیامدهای بالینی ترمیم DNA در سرطان پروستات

DNA Repair in Prostate Cancer: Biology and Clinical Implications

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تکه تکه شدن DNA ناشی از نانومیسل کورکومین در بافت بیضه؛ همبستگی خزان یاخته ای وابسته به میتوکندری و شکست در هموستاز مرتبط با PCNA

Nanomicelle curcumin-induced DNA fragmentation in testicular tissue; Correlation between mitochondria dependent apoptosis and failed PCNArelated hemostasis

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تکه تکه شدن DNA ناشی از نانومیسل کورکومین در بافت بیضه؛ همبستگی خزان یاخته ای وابسته به میتوکندری و شکست در هموستاز مرتبط با PCNA

Nanomicelle curcumin-induced DNA fragmentation in testicular tissue; Correlation between mitochondria dependent apoptosis and failed PCNArelated hemostasis

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

اندازه گیری تفکیک اسپرم دی ان ای و پیامدهای بالینی تولید مثل با کمک پزشکی: یک متا آنالیز و مرور سیستماتیک

Measuring Sperm DNA Fragmentation and Clinical Outcomes of Medically Assisted Reproduction: A Systematic Review and MetaAnalysis

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

اندازه گیری تفکیک اسپرم دی ان ای و پیامدهای بالینی تولید مثل با کمک پزشکی: یک متا آنالیز و مرور سیستماتیک

Measuring Sperm DNA Fragmentation and Clinical Outcomes of Medically Assisted Reproduction: A Systematic Review and MetaAnalysis

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

ارتباط بین مکانیسم های گوناگون درک UV-B و مسیرهای اصلاح DNA در گیاهان

The relationship between multiple UV-B perception mechanisms and DNA repair pathways in plants

چکیده

مقدمه

2- تحقیقات قدیمی در مورد UV-B در گیاهان

3- درک UV-B در گیاهان و اثرات آن

3-1- جذب مستقیم UV-B در گیاهان

3-2- اثر غیرمستقیم جذب UV-B در گیاهان

4- آسیب DNA ناشی از UV-B

4-1- ترمیم فتودایمرها

5- مسیرهای سیگنال دهی پاسخ آسیب به DNA

6- درک UV-B توسط UVR8

6-1- مکانیسم درک UV-B توسط UVR8

6-2- پاسخ های مستقل از UVR8 خاص UV-B

7-تنظیم درک نور UV-B و پاسخ ها

نتیجه گیری و جهت گیری آینده

چکیده

اشعه UV-B (280-320 نانومتر) جزیی از نور خورشید و یک محرک محیطی طبیعی برای گیاهان است. توصیف UVR8 (لوکوس 8 مقاومت به UV ) نشان داد که گیاهان حاوی حداقل یک گیرنده نوری اختصاصی UV-B و مسیر سیگنال دهی هستند. در گیاهان، آسیب DNA ناشی از UV-B و پاسخ های بعدی، از زمان های دور، اغلب به عنوان استرس عمومی یا غیر فوتومورفوژن مطرح می شده است. سایر مسیرهای سیگنال دهی ختصاصی UV-B که به طور مستقل از گیرنده نور UVR8 عمل می کنند، نشان دادند که چندین مکانیسم درک در گیاهان وجود دارد. با این حال، به تازگی، درک گیاه از اشعه UV-B و آغاز پاسخ های فوتومورفوژنیک خارج از مسیر UVR8 تا حد زیادی نادیده گرفته شده است. پاسخ های گیاه به UV-B بسیار متفاوت است. بنابراین وجود مسیرهای متعدد درک، منطقی است. هدف از این بررسی، تاکید بر این قضیه است که جذب UV-B از طریق مسیرهای مختلف، به عنوان مثال از طریق DNA انجام می شود و باعث القای پاسخ های فوتومورفوژنیک خاص آن جذب شده که متفاوت از مسیر سیگنال دهی UVR8 است.

نتیجه گیری و جهت گیری آینده

تحقیقاتی که باعث افزایش اطلاعات در مورد نحوه درک گیاهان از اشعه UV-B و پاسخ به آن می شود، به خصوص با مشخص کردن UVR8 به عنوان یک گیرنده نوری UV-B و توصیف بیشتر مسیر سیگنال دهی آن، پیشرفت قابل توجهی در چند سال اخیر داشته است (Jenkins, 2014). در حالی که UVR8 بدون شک نقش مهمی در درک نوری UV-B دارد (Christie et al., 2012)، نمی تواند تمام پاسخ های UV-B مشاهده شده در گیاهان را توضیح دهد (Gardner et al., 2009; Wargent et al., 2009; González Besteiro et al., 2011; Biever et al., 2014). پاسخ های گیاه به تابش UV-B بسیار متفاوت است و وجود چندین مسیر درک، منطقی است. در حالی که این ایده تا حدی پذیرفته شده است، دسته بندی قبلی پاسخ های گیاهان به UV-B، تفسیرهای مربوط به اثرات شبه آسیب یا اثرات فتومورفوژنیک را محدود می کند. به نظر ساده لوحانه است که فرض کنیم که گیاهان یک سیستم گیرنده نوری انفرادی تنها برای نور UV-B داشته باشند، در حالی که گیاهان چندین گیرنده نوری اضافی یا همولوگ برای سایر نورها دارند. همانطور که در این بررسی مشخص شد، جذب UV-B توسط فرآیندهای مختلف رخ می دهد و پاسخ های اختصاصی آن جذب را ایجاد می کند، که شامل القای پاسخ فتومورفوژنیک از طریق مکانیسم های درک به غیر از مسیر سیگنال دهی UVR8 است.

Abstract

UV-B radiation (280–320 nm) is a component of sunlight and a natural environmental stimulus for plants. The characterization of UVR8 (UV Resistance Locus 8) demonstrated that plants contain at least one UV-B-specific photoreceptor and signaling pathway. In plants, DNA damage caused by UV-B and the subsequent responses, historically, have often been considered general stress or non-photomorphogenic. Other UV-B-specific signaling pathways that function independently of the UVR8 photoreceptor suggest that multiple perception mechanisms exist in plants. Recently, however, plant perception of UV-B radiation and the initiation of photomorphogenic responses outside of the UVR8 pathway have been largely overlooked. Plant responses to UV-B are highly varied. Therefore, the existence of multiple perception pathways seems logical. The objective of this review is to highlight that the absorption of UV-B occurs through a variety of ways, for example through DNA, and induces photomorphogenic responses specific to that absorption that are distinct from the UVR8 signaling pathway.

8- Conclusions and future directions

Research leading to knowledge regarding how plants perceive and respond to UV-B radiation has made substantial progress in the last few years, especially with the characterization of UVR8 as a UV-B photoreceptor and further definition of its signaling pathway (Jenkins, 2014). While UVR8 no doubt plays a major role in UV-B photoperception (Christie et al., 2012), it cannot explain nor account for all UV-B responses observed in plants (Gardner et al., 2009; Wargent et al., 2009; González Besteiro et al., 2011; Biever et al., 2014). Plant responses to UV-B radiation are highly varied, and the existence of multiple perception pathways seems logical. While this idea is accepted to some degree, previous categorization of plant UV-B responses limits room for interpretation regarding “damage-like” or “photomorphogenic” effects. It seems naive to assume that plants would contain a single photoreceptor system for UV-B light, when plants have redundant or homologous photoreceptors for other light qualities. As highlighted throughout this review, the absorption of UV-B occurs through a variety of processes and induces responses specific to that absorption, including induction of photomorphogenic responses through perception mechanisms other than the UVR8 signaling pathway

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

ارتباط بین مکانیسم های گوناگون درک UV-B و مسیرهای اصلاح DNA در گیاهان

The relationship between multiple UV-B perception mechanisms and DNA repair pathways in plants

ترقی های اخیر در زمینه شبیه سازی اتمی در توالی یابی DNA با جریان الکتریکی

Recent progress in atomistic simulation of electrical current DNA sequencing

چکیده
1- مقدمه
2- پس زمینه شبیه سازی توالی یابی DNA با جریان الکتریکی
2-1- عدم توازن نظریه تابع گرین در انتقال کوانتومی
2-2- کاربرد جریان الکتریکی در توالی یابی DNA
2-3- مواد الکترود و یا کانال
3- توالی یابی DNA بر اساس الکترودهای فلزی
4- توالی یابی DNA بر اساس نانولوله های کربنی
4-1- حالت I-B مبتنی بر الکترودهای نانولوله کربنی
4-2- حالات دیگر مبتنی بر الکترودهای نانولوله کربنی
5- توالی یابی DNA بر اساس گرافن و نانوروبان
5-1- حالت I مبتنی بر الکترودهای گرافنی و نانوروبان گرافنی
5-2- حالت II مبتنی بر گرافن و نانوروبان گرافنی
6- توالی یابی DNA بر اساس سایر مواد دوبعدی و ساختارهای ناهمگن واندروالس آن ها
7- موضوعات مربوط به مطالعات محاسباتی
8- چشم انداز
قدردانی
منابع

چکیده

ما به بررسی پیشرفت های اخیر در زمینه توالی یابی DNA بر اساس اندازه گیری جریان الکتریکی عرضی پرداختیم. پیکربندی های دستگاه ارائه شده در ادبیات با توجه به ظهور انگشت نگاره مولکولی به صورت سیگنال های جریان عمده (حالت I) و یا آشفته (حالت II) طبقه بندی می شوند. پیکربندی میکروسکوپ تونل زنی روبشی و شکاف الکترود تونل زنی به حالت اول تعلق داشته حال آنکه نانوکانال های دارای نانوحفره جاسازی شده و یا فاقد آن به رده بندی حالت دوم تعلق دارند. مکانیزم های حسگری مولکولی حالت اول و دوم تقریباً به ترتیب با تونل زنی الکترونی و دریچه گذاری الکتروشیمیایی مطابقت دارند. تاکید ویژه ای معطوف مطالعات شبیه سازی کامپیوتری می گردد که نقش مهمی در پیدایش و گسترش این رشته داشته است. هم چنین ما بر نانومواد ابعاد پایین مانند: نانولوله های کربنی، گرافن و نانوروبان های گرافنی تاکید نمودیم که رویکرد جدید حالت دوم را امکان پذیر می نماید. در نهایت، مسائل متعددی در مطالعات محاسباتی پیشین مورد بحث قرار گرفته اند، که به جهت گیری های تحقیقاتی آتی در راستای شبیه سازی قابل اطمینان تر دستگاه های توالی یابی DNA با جریان الکتریکی اشاره می نماید.

8- چشم انداز

اندازه گیری جریان الکتریکی عرضی نشان دهنده یک رویکرد توالی یابی DNA امیدوار کننده می باشد که قادر است به وضوح تک مولکولی بدون نشانگذاری و تقویت دست یابد. در توسعه آن، نظریه و محاسبات نقش مهمی را ایفا می نمایند. بدون اشاره به ایده اصلی، اغلب طرح هایی که شامل کربن و دیگر نانومواد ابعاد پایین هستند در ابتدا در مطالعات نظری مطرح شده اند. با توجه به پیچیدگی آزمایشات، ادامه این روند در این زمینه می تواند مورد انتظار باشد. با این حال، بدیهی است که به اقدامات بیشتری برای تحقق بخشیدن به شبیه سازی کامل و قابل اعتماد توالی یابی DNA با جریان الکتریکی عرضی نیاز می باشد. خاطرنشان می گردد که مسائل بالقوه حیاتی در مطالعات محاسباتی پیشین وجود دارند، به عنوان مثال از دست رفتن عناصر در مدلسازی و یا سطح شبیه سازی ناکافی (حذف رکن اصلی، پادیون، حلال ها، هندسه واقع بینانه الکترود و مولکولی، نوسانات حرارتی، فرآیند جهش نامنسجم، و غیره)، که منجر به نتیجه گیری متفاوت درباره سیستم های اساساً یکسان دستگاه می شوند. این امر به طور طبیعی ما را به سوی جهت گیری تحقیقات مطلوب آتی سوق می دهد. یک نمونه می تواند گنجاندن توصیف دقیق اثرات پیچیده زیست محیطی در یک روش محاسبه اصول اولیه انتقال بار باشد که شامل فرآیندهای جهش نامنسجم باز نیز می گردد.

Abstract

We review recent advances in the DNA sequencing method based on measurements of transverse electrical currents. Device configurations proposed in the literature are classified according to whether the molecular fingerprints appear as the major (Mode I) or perturbing (Mode II) current signals. Scanning tunneling microscope and tunneling electrode gap configurations belong to the former category, while the nanochannels with or without an embedded nanopore belong to the latter. The molecular sensing mechanisms of Modes I and II roughly correspond to the electron tunneling and electrochemical gating, respectively. Special emphasis will be given on the computer simulation studies, which have been playing a critical role in the initiation and development of the field. We also highlight low-dimensional nanomaterials such as carbon nanotubes, graphene, and graphene nanoribbons that allow the novel Mode II approach. Finally, several issues in previous computational studies are discussed, which points to future research directions toward more reliable simulation of electrical current DNA sequencing devices.

8- Outlook

The measurement of transverse electrical currents represents a promising DNA sequencing approach that can achieve single-molecule resolution without labeling and amplification. In its development, theory and computation have been playing an important role. Not to mention the original idea, most proposals that involve carbon and other low-dimensional nanomaterials have been first put forward in theoretical studies. Considering the complexity of experiments, this trend can be expected to continue in this field. However, it is also clear much more needs to be done to realize the complete and reliable simulation of transverse electrical current DNA sequencing. We pointed out that there exist potentially critical issues in previous computational studies, e.g. missing elements in modeling and/or insufficient simulation levels (omission of backbone, counterions, solvents, realistic electrode and molecular geometries, thermal fluctuations, incoherent hopping process, etc.), which resulted in differing conclusions on basically identical device systems. This naturally points us toward desirable future research directions. One example would be incorporating accurate descriptions of complex environmental effects into a firstprinciples charge transport calculation method that also includes incoherent charge hopping processes.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

ترقی های اخیر در زمینه شبیه سازی اتمی در توالی یابی DNA با جریان الکتریکی

Recent progress in atomistic simulation of electrical current DNA sequencing

توصیف واریانس ژنتیکی موجود در درون یا میان جمعیت های آماری Sperara seenghola که از طریق علائم مشخصه DNA چندوجهی تقویت شده تصادفی صورت می گیرد.

Characterization of genetic variance within and among five populations of Sperata seenghala (Skyes, 1839) revealed by random amplified polymorphic DNA markers

Abstract

The genetic diversity among five populations (Bhadbada reservoir, Mohinisagar reservoir, Bansagar reservoir, Bargi reservoir and Gandhisagar reservoir) was revealed using random amplified polymorphic DNA markers. 10 random primers screened, 5 primers revealed various banding patterns and yielded 71 total loci as an average of which 39.60 (55.77%) were polymorphic between the population and 86.84% within the population of Sperata seenghala. Population wise the highest genetic polymorphism was obtained in Bhadbada reservoir as 67.61% whereas the lowest was in Gandhisagar reservoir as 49.30%. However, Analysis of Molecular Variance indicated low genetic diversity (Hpop = 0.0921 ± 0.1249; I = 0.1584 ± 0.1942) in Bansagar reservoir. Relative genetic differentiation (GST = 0.3993) and restricted gene flow (Nm = 0.7523) as an average indicated low gene diversity among the fish populations. The un-weighted pair group method with averages (UPGMA) dendrogram showed 05 major clusters, each cluster representing a population. Fish population of Mohinisagar reservoir showed high genetic distance (0.3981) with respective Bargi reservoir population and highest genetic identity (0.8846) reflected between Bansagar and Gandhisagar reservoir. Highest genetic distance between Mohinisagar and Bargi reservoir fish populations shows no significant correlation between genetic and geographical distance of the genotypes collected from different lentic and geographical isolated water bodies. This investigation indicated that lowest genetic diversity existed in different geographic populations of S. seenghala. All the five populations were found to be low in genetic variation, which is useful information for future conservation measures of S. seenghala confined in natural water bodies of Madhya Pradesh.

1 Introduction

Biological diversity has undergone restrictions due to direct and indirect anthropogenic activities. The reduction in the site of natural populations may have led to a reduction in evolutional options in the face of environmental changes due to loss of genetical diversity [1]. Most of the fishes used for human consumption are obtained from wild areas such as rivers and major lentic water bodies [2,3], therefore, natural populations are going toward threat. The management of the wild populations comprising commercial or sport fisheries presents genetic depletion that are unique to fisheries management and reduction of the genetic resources of natural fish populations has become an important fisheries management problem nowadays [4]. Successful conservation and effective management of a species, including developmental strategies for maintaining genetic diversity, is important to determine the levels of genetic changes or gene flow of genetic information which assist in solving problems of identifying and defining conservation unit for a species [5].

Sperata seenghala is also known as Mystus seenghala and Aorichthys seenghala and is mainly riverine fish, although it also inhabits in freshwater habitats [3,6]. This species is distributed throughout India, Pakistan, Bangladesh, Afghanistan and Nepal [7]. It is the most preferred fish species for eating in the north and north-western states of India because of its tasty flesh and the low number of intramuscular bones [3]. The entire demand for this fish in the domestic market is met through capture from rivers, thus, this species is going toward threats. Therefore, present investigation was performed to delineate the principles of the population genetics, testing the basic assumptions for population genetic analysis, departures from Hardy–Weinberg expectation, linkage disequilibrium between the loci, estimation of the genetic differentiation within and among populations using genetic distance, FST and gene flow analyses, determination of frequencies of genes and genotypes and estimation of effective population sizes has been outlined.

ژنومیکس کروکوس ساتیووس L. و کاربردهای مختلف بارکد DNA

Crocus sativus L. genomics and different DNA barcode applications

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

ژنومیکس کروکوس ساتیووس L. و کاربردهای مختلف بارکد DNA

Crocus sativus L. genomics and different DNA barcode applications

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

انتقال DNA به وسیله نانو حفره آبدوستی در نیترید بور شش ضلعی

DNA Translocation through Hydrophilic Nanopore in Hexagonal Boron Nitride

نتایج

بحث

متدها

منابع

نانوحفره حالت جامد خیلی نازک با ویژگی جذب آب خوب ، برای دستیابی به وضوح فضایی برنامه های کاربردی متوالی DNA مناسب هستند. لایه ی بور نیترید شش ضلعی (h-BN) با ضخامت اتمی، یک ماده دو بعدی را برای ایجاد نانوحفره های حالت جامد ارائه می دهد. با توجه به مقاومت خوب آن در برابر اکسایش، خصلت هیدروفیلیک دستگاه نانوحفره h-BN می تواند به طور قابل توجهی توسط درمانUV-ozone بهبود یابد. زاویه تماس یک ریز قطره KCl-TE در لایه h-BN می تواند بعد از برخورد از 57° به 26° کاهش یابد. رویدادهای بسیاری از انتقال DNA در چنین دستگاه هایی مشاهده شده و بر هم کنش قوی نانو حفره DNA را در حفره هایی با قطر کمتر از 10 نانومتر آشکار می سازد. سطح نویز 1 / f تقریبا به ناحیه ی لایه h-BN معلق مرتبط شده و بطور قابل توجهی کاهش یافته در پنجره پشتیبانی کوچکتر است. عملکرد نشان داده شده در نانو حفره ی h-BN، راه تشخیص یک مولکولDNA منفرد را هموار می کند.

آزمایشات نانوحفره. سلول جریان، واشرهای PDMS در ابتدا تراشه های نانوحفره h-BN ساخته شده با UVO را در هر دو طرف جلو و عقب برای هر 15 دقیقه در نظر گرفته شدند و پس آز آن با همان سرعت ممکن (معمولا ظرف 2 دقیقه) فراهم شدند. بافر KCl-TE (حاوی 1 M KCl، 10 میلی متری Tris-HCl،1 میلیمتر EDTA، pH = 7.8) بلافاصله با دستگاه پر شد. بطور متوالی نانو حفره هایBN با منحنی I-V مشخص شده اند ، و تنها این تراشه ها با فراهم کردن منحنی های خطی و متقارن I-V برای آزمایش انتقال DNA انتخاب شده اند. هر دو رشته مضاعف (48.5kbp) و 10kbp DNA با KCl-TE به 1 نانومتر توسط بافر و به مدت 1 دقیقه برای فعال کردن مولکول های DNA به مدت 〖70〗^°ساعت رقیق شدند. پس از تزریق بافر DNA، ولتاژهای محرک بین 50 mV و mV 250 در سراسرغشاها بکار گرفته شدند. جریان یونی توسط یک آمپلی فایر Axopatch (200B) با سرعت اکتسابی 250 کیلوهرتز، با یک فیلتر بسل 4 قطبی 30 کیلوهرتز تشخیص داده شد. رویدادهای انتقالی ثبت شده در یک برنامه گرافیکی متلب پردازش شده بودند. این برنامه به ما اجازه مشاهده یک به یک رویداد ها را می دهد و تنها رویدادهایی با نرخ سیگنال-نویز (SNR)بزرگتر از 8 رخ می دهند و لبه تند برای تحلیل انتخاب شده اند.

Ultra-thin solid-state nanopore with good wetting property is strongly desired to achieve high spatial resolution for DNA sequencing applications. Atomic thick hexagonal boron nitride (h-BN) layer provides a promising two-dimensional material for fabricating solid-state nanopores. Due to its good oxidation resistance, the hydrophilicity of h-BN nanopore device can be significantly improved by UV-Ozone treatment. The contact angle of a KCl-TE droplet on h-BN layer can be reduced from 576 to 266 after the treatment. Abundant DNA translocation events have been observed in such devices, and strong DNA-nanopore interaction has been revealed in pores smaller than 10 nm in diameter. The 1/f noise level is closely related to the area of suspended h-BN layer, and it is significantly reduced in smaller supporting window. The demonstrated performance in h-BN nanopore paves the way towards base discrimination in a single DNA molecule.

Nanopore experiments. The flow cell, PDMS gaskets and nanopore chips were firstly treated with UVO on both the front and the back side for 15 minutes each and then assembled as soon as possible. KCl-TE buffer (contain 1 M KCl, 10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 5 7.8) was filled into the device immediately. Subsequently, the BN nanopores were characterized by I-V curve, and only those chips providing linear and symmetry I-V curves were selected for DNA translocation experiment. Both double strand l-DNA (48.5 kbp) and 10 kbp DNA were diluted to 1 nM by KCl-TE buffer and pre-warmed to 70u for 1 minute to activate DNA molecules. After injection of DNA buffer, driving voltages between 50 mV and 250 mV were applied across the membranes. The ionic current was detected by an Axopatch amplifier (200B) at acquisition rate of 250 kHz, with a 30 kHz 4-pole Bessel filter. The recorded translocation events were processed in a Matlab GUI program. The program allows us to view the events one by one and only those events with signal-noise-ratio (SNR) bigger than 8 and have a sharp edge are selected for analysis.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

انتقال DNA به وسیله نانو حفره آبدوستی در نیترید بور شش ضلعی

DNA Translocation through Hydrophilic Nanopore in Hexagonal Boron Nitride