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Combien de temps l'ADN est-il stable au congélateur ?


Inspiré par l'article sur l'extraction de l'ADN des animaux de compagnie, combien de temps l'ADN génomique serait-il stable dans un congélateur à -20°C ? Il est courant de conserver l'ADN (double brin, plasmide) dans un congélateur à -20°C en laboratoire, mais l'ADN génomique durerait-il plus longtemps dans un congélateur à -80°C ? Avec l'une ou l'autre méthode, combien de temps serait-il stable?


Si l'ADN est pur, il devrait durer assez longtemps. S'il y a des enzymes et d'autres molécules biologiques, -80C fonctionnera beaucoup mieux.

Je pense que vous pourriez garder l'ADN pur à -20C pratiquement indéfiniment.

La pureté est le principal problème là-bas, également un pH stabilisé, correctement scellé, etc. Cela fait toute la différence.


Vous pouvez stocker votre ADN pendant 1 semaine à -4C et pendant un mois à -20C, mais avec le stockage de l'ADN sur cette période, il y a une déduction de 10 à 15% du rendement de votre échantillon d'ADN.


Quelle est la durée de conservation de l'ADN ?

Photo par Andrew Cowie/AFP/Getty Images

Le corps de Richard III a été retrouvé sous un parking à Leicester, en Angleterre, selon des experts de l'Université de Leicester. Des tests ADN ont été utilisés pour faire correspondre le tristement célèbre roi avec l'ADN d'un descendant de sa sœur. Quelle est la durée de conservation de l'ADN ?

Environ un mois à un million d'années, théoriquement. Le taux de dégradation de l'ADN dépend des conditions de son stockage et de son conditionnement. Cela dépend avant tout de l'exposition de l'ADN à la chaleur, à l'eau, à la lumière du soleil et à l'oxygène. Si un corps est exposé au soleil et à la pluie, son ADN ne sera utile pour les tests que pendant quelques semaines. S'il est enterré à quelques mètres sous le sol, l'ADN durera environ 1 000 à 10 000 ans. S'il est gelé dans la glace de l'Antarctique, il pourrait durer quelques centaines de milliers d'années. Pour de meilleurs résultats, les échantillons doivent être séchés, emballés sous vide et congelés à environ -80 degrés Celsius. Même alors, le rayonnement ambiant est susceptible de rendre l'ADN méconnaissable avant qu'il ne célèbre son millionième anniversaire.

Certains scientifiques soutiennent que l'ADN pourrait survivre au-delà de nos estimations théoriques actuelles. En fait, plusieurs scientifiques ont prétendu trouver de l'ADN vieux de centaines de millions d'années. En 2009, une équipe de chercheurs a rapporté avoir trouvé de l'ADN vieux de 419 millions d'années dans d'anciens gisements de sel du bassin du Michigan. S'il était confirmé, il s'agirait du plus vieil ADN jamais découvert. Cependant, certains experts qui étudient l'ADN ancien sont très sceptiques quant à ces affirmations, notant qu'elles s'avèrent généralement être le produit d'une contamination en laboratoire. D'autres scientifiques qui étudient les os d'oiseaux ont estimé que dans des conditions idéales, l'ADN a une demi-vie d'environ 521 ans, ce qui signifie qu'il serait tellement décomposé qu'il serait inutile après environ 1 million d'années.

Malgré ce que John Hammond et M. DNA pourraient vous dire, l'ambre ne fait pas un bon travail pour garder l'ADN frais. Alors que la sève fossilisée des arbres peut préserver les squelettes des insectes pendant des dizaines de millions d'années, l'ADN à l'intérieur des insectes se décompose très rapidement. Lorsque l'organisme meurt, des enzymes sont libérées qui commencent à décomposer l'ADN presque immédiatement. De même, les momies égyptiennes peuvent sembler bien conservées - de nombreuses protéines de leurs cheveux et de leurs muscles sont intactes - mais leur ADN s'est généralement dégradé rapidement sous l'effet de la chaleur. En règle générale, l'apparence extérieure n'est pas un bon indicateur de l'intégrité de l'ADN.

L'ADN probablement le plus ancien jamais trouvé a été découvert dans de la boue congelée prélevée à la base d'une calotte glaciaire au Groenland. Son âge est estimé entre 450 000 et 800 000 ans. L'échantillon contenait du matériel génétique de papillons, de pins et d'autres organismes. Les boues gelées ont battu le record détenu auparavant par les plantes gelées dans la glace en Sibérie, qui y poussaient il y a 400 000 ans. On a trouvé de l'ADN de Néandertal vieux d'environ 100 000 ans. En ce qui concerne les humains modernes, le plus ancien ADN récupéré à ce jour n'a que 5 000 à 7 000 ans. En 2008, les chercheurs ont utilisé des échantillons d'ADN vieux de plusieurs milliers d'années pour séquencer le génome du mammouth laineux éteint. Alors que beaucoup se sont demandé si nous pourrions cloner l'une des créatures, une telle entreprise présente des défis gigantesques. Alors que des chercheurs espagnols ont réussi à ressusciter une espèce éteinte de bouquetin en 2009, il est décédé de difficultés respiratoires sept minutes plus tard, probablement à cause de défauts dans son ADN.

Dans leurs efforts pour identifier Richard III, les chercheurs ont utilisé une sorte d'ADN appelé ADN mitochondrial, ainsi appelé parce qu'il est contenu dans les mitochondries de la cellule plutôt que dans le noyau. L'ADN mitochondrial ne contient pas le génome humain complet, ce qui le rend moins utile pour de nombreux chercheurs. Cependant, comme il est plus abondant (il y a souvent des centaines de mitochondries dans une cellule et un seul noyau), il y a de meilleures chances que vous trouviez de l'ADN mitochondrial intact que de l'ADN nucléaire.


Introduction

« Mon intuition est – et je ne suis pas le seul dans ce cas – que la prochaine décennie environ verra cela utilisé techniquement. La machine pourrait être beaucoup plus petite, elle pourrait transporter un ensemble de données beaucoup plus important. En 1964, 7 ans seulement après la découverte de la structure de l'ADN 1 , Wiener et Neiman ont discuté de l'avantage potentiel de la densité d'utiliser les acides nucléiques comme forme de stockage de mémoire 2 . Plus d'un demi-siècle plus tard, les progrès de notre compréhension des propriétés de l'ADN ont confirmé sa densité d'information théorique élevée de près de 455 milliards de Go de données par gramme 3 ,

6 ordres de grandeur de plus que même les systèmes de stockage sur bande magnétique les plus avancés 4 . L'ADN offre également une foule d'autres avantages potentiels uniques, notamment un calcul hautement parallélisé au sein du système de stockage lui-même 5,6, de faibles besoins énergétiques 7,8,9, un transport de données rapide à haute capacité 10, des durées de vie potentiellement plus longues et des stabilités de plusieurs décennies ou siècles. par rapport aux milieux conventionnels qui sont remplacés tous les 3 à 5 ans, ainsi que la facilité de réplication 11 par des approches de biologie moléculaire pour éviter la dégradation. Bien qu'il ait fallu plus que la décennie prévue par Wiener, un vaste corpus de connaissances en biologie moléculaire 12,13 et en systèmes informatiques et d'information 14,15 a été développé dans l'intervalle, ce qui a jeté les bases de l'intérêt et des investissements récents dans Technologies de stockage d'informations basées sur l'ADN.

La nature de la « machine » de Wiener restera en constante évolution et évolution. En effet, plusieurs types de systèmes peuvent apparaître pour répondre à différentes applications, du stockage d'archives à long terme « inscriptible une fois, lu-jamais » au stockage de données hautement dynamique et fréquemment consulté, potentiellement avec des capacités de calcul en stockage. Il est important d'imaginer ces types possibles de systèmes de stockage d'informations sur l'ADN et les différents processus unitaires qui comprendront ces systèmes, et d'identifier comment les propriétés chimiques, physiques et de codage de l'ADN influenceront leur conception. Comme l'ADN ou un analogue sera le substrat de cette classe de systèmes polymères, sa stabilité dans différentes conditions environnementales et de processus sera une considération de conception centrale, informant la nature des processus unitaires physiques et des algorithmes de codage.

Un système de stockage d'ADN de bout en bout est représenté sur la figure 1 avec des processus unitaires génériques. Comme les applications vont du stockage d'archives à froid aux données fréquemment consultées ou même manipulées de manière dynamique, l'ADN est exposé à davantage de manipulations telles que les changements de phase ou le cisaillement physique par la manipulation de liquides, et à des types plus distincts de conditions environnementales telles que des tampons avec différentes concentrations de sel et pH. Ceux-ci présentent plus d'opportunités de dégradation ainsi que des mécanismes de dégradation spécifiques qui peuvent influencer les stratégies de codage et les sources d'erreurs de données et de décodage (Fig. 1). Ici, nous passons en revue ce qui est connu sur la stabilité de l'ADN dans chacune de ces conditions, organisé par leur pertinence pour des systèmes avec des échelles de temps de fonctionnement différentes. Nous fournissons ensuite une analyse quantitative des compromis relatifs en termes de densité, de redondance physique et de stratégies de codage qui doivent être sacrifiés pour atteindre des capacités système de plus en plus sophistiquées telles qu'une fréquence d'accès accrue et un calcul en stockage.

(Haut) Un système générique basé sur l'ADN montrant différents types de modes de stockage. (Milieu) Caractéristiques fonctionnelles et physiques de chaque mode de stockage. (En bas) Mécanismes moléculaires des dommages les plus pertinents pour chaque mode de stockage.

Il sera utile de décrire également les architectures moléculaires communes à presque tous les systèmes de stockage d'ADN proposés à ce jour. Les systèmes de stockage d'ADN sont composés de nombreux fichiers, et chaque fichier se compose de nombreux brins d'ADN distincts qui sont généralement

150 à 200 nt de long car c'est la limite actuelle des chimies de synthèse de phosphoramidite, mais cela pourrait être plus long avec les progrès technologiques. Tous les brins comprenant un fichier partagent une séquence d'adresses commune située à une ou aux deux extrémités des brins. Ces adresses peuvent être lues et récupérées par PCR ou transcription. Des mutations au sein des brins, ou la perte de brins due à une rupture ou à une dégradation entraîneraient des erreurs de décodage potentielles ou même une perte complète d'informations. Par conséquent, des codes de correction d'erreurs sont généralement appliqués pour aider à compenser les erreurs et les brins perdus avec le compromis d'une densité d'informations décroissante.


VII. Travailler avec E. coli

A. Cultures à petite échelle

Les expériences utilisant des cellules d'E. coli doivent toujours être effectuées sur des cultures fraîches, soit à partir d'une plaque fraîchement striée, soit à partir d'un stock de glycérol. Pour grandir à petite échelle E. coli culture, préparer 3 à 5 ml de LB (ou un bouillon approprié - inclure un antibiotique si la culture contient un plasmide) dans deux tubes stériles de 50 ml. (Remarque : des tubes plus petits peuvent être utilisés, mais la culture ne sera pas aérée de manière appropriée et ne se développera donc pas bien et n'est pas recommandé). Inoculer un tube avec une seule colonie à partir d'une plaque fraîche ou un grattage d'un stock de glycérol. Le deuxième tube est utilisé comme contrôle de bouillon. Incuber les deux tubes à 37°C en agitant vigoureusement pendant la nuit. Inspectez les tubes le lendemain matin. Le contrôle du bouillon doit être clair et la culture inoculée doit être très trouble. Notez tous les débris trouvés dans les tubes et incubez plus longtemps si la culture n'est pas dense. Ne laissez pas les cellules proliférer. Utiliser immédiatement. Pour certaines applications, les cellules peuvent être stockées à 4 °C pendant de courtes périodes avant utilisation.

B. Stockage permanent

Pour chaque culture utilisée, notamment pour les souches nouvellement construites ou pour les cellules contenant des plasmides, un stock permanent de glycérol doit être préparé dès que la construction a été confirmée et ce stock doit être placé dans la collection de stock du laboratoire avec la documentation appropriée et les informations de localisation. Le non-respect de ces procédures entraînera de lourdes sanctions. Cette procédure concerne non seulement E. coli mais à tout organisme pour lequel un stock surgelé peut être préparé. De plus, toutes les constructions plasmidiques, y compris les intermédiaires de construction, doivent être maintenues dans les cellules, et non sous forme de stocks d'ADN nu. Pour chaque construction, au moins 2 stocks doivent être constitués. Pour préparer un stock de glycérol pour les cellules d'E. coli, combiner 1,4 ml d'une culture d'une nuit fraîchement cultivée avec 0,6 ml de glycérol stérile à 50 %. Bien mélanger. Transférer dans deux flacons de congélation étiquetés avec le nom de la souche, la date et vos initiales (pas un tube Eppendorf). Placer immédiatement dans un bain de glace carbonique/éthanol ou dans une boîte au congélateur à -80 °C. Notez l'emplacement et entrez les données dans le cahier de contraintes.

Cette page Web est maintenue par Julie B. Wolf, UMBC
Dernière mise à jour le 3/2/2010

est conçu pour les étudiants intéressés par des carrières dans les sciences industrielles et biomédicales.


Combien de temps l'ADN est-il stable au congélateur ? - La biologie

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DÉPARTEMENT DE L'AGRICULTURE DES ÉTATS-UNIS

Recherche sur la préservation des ressources génétiques agricoles : Fort Collins, CO

Questions générales sur la conservation :

Que sont les ressources génétiques ? Les ressources génétiques sont du matériel vivant tel que les cultures, le bétail, les espèces apparentées, les variétés et les races rares et menacées qui incluent des gènes, des combinaisons génétiques (alias génotypes) ou des fréquences génétiques qui donnent de la diversité aux futures variétés ou races. En agriculture, les ressources génétiques sont utilisées par les sélectionneurs pour augmenter les rendements et la tolérance au stress, améliorer la nutrition et ajouter de la valeur, de la beauté, de la saveur et de l'adaptabilité.

Qu'est-ce que le germoplasme ? Le germoplasme est un ensemble de propagules qui porte la ressource génétique souhaitée (c'est-à-dire des gènes, des combinaisons génétiques ou des fréquences de gènes).

Qu'est-ce qu'une adhésion ? Une accession est un échantillon de plante génétiquement unique provenant d'un emplacement géographique particulier. Au NLGRP, une accession peut être un sac de graines, des cultures de tissus végétaux ou des bourgeons provenant de rameaux de cultures fruitières. Le NLGRP stocke parfois plus d'un échantillon d'une accession particulière. Lorsque des échantillons sont repoussés ou reproduits, la génération suivante a le même numéro d'accession que l'échantillon parent. Le nouvel échantillon a un numéro d'inventaire qui identifie le numéro de génération.

Qu'est-ce qu'une propagule ? Une propagule est un tissu, un organe ou une partie de plante qui peut être régénéré en une plante entière (c'est-à-dire des graines, des boutures et des greffons).

Qu'est-ce que la diversité génétique ? La diversité génétique est une variation dans la vie qui est héréditaire. Les cultures ou les races d'élevage modernes peuvent avoir une faible diversité en raison de la sélection répétée des caractères souhaitables et de l'utilisation généralisée de quelques individus ou variétés. Les populations se diversifient par les processus de mutation et de reproduction sexuée. La sélection naturelle agit sur cette diversité pour favoriser les changements qui permettent la meilleure survie dans un environnement particulier. Les populations qui ont une grande diversité génétique peuvent mieux survivre aux environnements dynamiques que les populations qui ont une faible diversité génétique. La diversité génétique est ce qui permet aux sélectionneurs d'améliorer les variétés végétales et les races animales.

Qu'est-ce qu'un clone ? Un clone est un groupe de cellules génétiquement identiques descendant d'un seul ancêtre commun, un ou plusieurs organismes descendants asexuée d'un seul ancêtre qui est une réplique exacte d'un autre (Webster II. The Riverside Publishing Company, 1984).

Qu'est-ce que la cryoconservation ? La cryoconservation est un processus de refroidissement des cellules ou de divers types de tissus à des températures inférieures à zéro pour ralentir efficacement les processus vitaux sans endommager le matériau. Les tissus végétaux ou les cellules végétales sont généralement cryoconservés à l'azote liquide (-196 o C) ou à la vapeur d'azote liquide (environ -156 o C).

Que sont les cultures de tissus végétaux ? Les cultures de tissus végétaux sont des tissus végétaux, des cellules ou des organes végétaux maintenus ou propagés in vitro dans des conditions aseptiques sur un milieu de culture stérile. Cette méthode de propagation des plantes est souvent appelée micropropagation. Les plantes dérivées d'une propagule originale (plante, tissu ou cellule) sont des clones.

Qu'est-ce qu'une graine récalcitrante ? Une graine récalcitrante, contrairement à la plupart des graines cultivées, est une graine qui ne peut pas survivre au séchage et ne peut donc pas survivre au congélateur. La conservation des graines récalcitrantes nécessite une procédure qui évite les dommages dus au séchage ou à la congélation. Ceci a été accompli chez plusieurs espèces en excisant la partie en croissance de la graine, en optimisant la teneur en eau et en refroidissant très rapidement. Les graines récalcitrantes sont fréquemment produites par les arbres forestiers des zones tempérées, les espèces riveraines et les plantes des tropiques. Des exemples de graines récalcitrantes sont les graines de chêne, le riz sauvage et les agrumes.

Pourquoi le NLGRP est-il situé à Fort Collins, Colorado ? Le climat sec était l'une des principales raisons pour lesquelles le Laboratoire national de stockage des semences (NSSL) de l'USDA était situé à Fort Collins, CO. Avec une humidité relative moyenne d'environ 30 %, peu d'efforts ont été nécessaires pour ajuster la teneur en humidité des semences au niveau optimal requis pour stockage à long terme. Dans les années 1950, un professeur de la Colorado State University, le Dr D.W. (Scotty) Robertson, était très actif dans la promotion de la préservation du matériel génétique. Un sélectionneur d'orge, le Dr Robertson, a fait valoir qu'une collection de base pour les ressources génétiques devrait être établie et a travaillé pour que le laboratoire soit construit sur le campus de l'Université d'État du Colorado. La Beet Sugar Development Foundation a également soutenu ces efforts.

Quelle est la capacité NLGRP ? Le NLGRP a la capacité de stocker entre un et 1,5 million d'accessions, selon la taille de la propagule, dans des voûtes de stockage refroidies à -18 o C (stockage conventionnel). De plus, le NCGRP a une capacité de 220 cryotanks, chaque cryocontenant environ 3 000 graines et 70 000 accessions de semence.

Dans quelle mesure les collections sont-elles sûres ? L'installation a un accès protégé à toutes les zones de travail dans le bâtiment. Les zones de stockage, y compris les chambres froides des semences et la salle cryogénique, sont encore plus restreintes par une sécurité accrue avec un accès limité à quelques personnes seulement, des portes verrouillées supplémentaires, des caméras de sécurité et des informations codées sur les sacs d'échantillons. La zone de la voûte est fortifiée contre les tornades et les inondations et il existe des systèmes mécaniques de secours.

Est-ce que n'importe qui peut obtenir des graines de NLGRP ? Les distributions sont effectuées à des fins de recherche à partir des sites NPGS situés aux États-Unis.

D'où vient le matériel génétique et qui en fait don ? Le matériel génétique provient du monde entier et il est donné par des collectionneurs, des sélectionneurs ou des experts en systématique qui localisent du matériel présentant des traits inhabituels ou intéressants qui peuvent éventuellement être utiles en agriculture. Par exemple, un ramasseur peut trouver une pomme au goût inhabituel ou une variété locale de blé résistante aux pucerons. La majeure partie du matériel génétique pour les cultures agricoles provient de la région où cette culture a évolué. Cette zone, connue sous le nom de Centre pour la diversité, est censée avoir la plus grande variabilité génétique dans la plus petite zone géographique.

Le NLGRP sauve-t-il les espèces végétales menacées ? En collaboration avec des groupes de conservation, nous stockons des semences d'espèces menacées. Cette activité peut préserver la diversité génétique restante d'une espèce menacée jusqu'à ce qu'elle soit réintroduite dans les habitats indigènes.

Quelle est la taille de la collection de plantes du NLGRP ? Il y a plus de 500 000 entrées dans la collection. Chaque accession contient environ 3 000 à 5 000 graines, selon la biologie reproductive de l'espèce.

Combien d'espèces la collection de plantes du NLGRP compte-t-elle ? Environ 12.000. L'évolution des besoins de l'agriculture et des paysages américains entraînera une augmentation inévitable du nombre d'espèces collectées et stockées au NLGRP.

Comment demander du matériel génétique ? Recherchez et demandez du matériel génétique à l'aide de GRIN-Global.

Quelle est la meilleure façon de conserver les graines ? Laissez les graines sécher pendant quelques semaines dans un endroit avec environ 20% d'humidité relative. Conservez ensuite les graines dans des récipients étanches à la vapeur tels qu'un bocal en verre ou un sac étanche à l'humidité dans un endroit froid comme un congélateur domestique.

Combien de temps les graines peuvent-elles survivre dans le stockage? La longévité des graines dépend des conditions de stockage et de la qualité des graines. Nous nous attendons à ce que la plupart des graines non endommagées et correctement séchées survivent environ cent ans dans un stockage conventionnel (-18C) et environ mille ans dans des conditions cryogéniques (azote liquide).

Quelle est la plus vieille graine vivante ? Les études les plus fiables montrent que certaines graines dans le sol de sites archéologiques survivent de 100 à 1700 ans. (par exemple Odum 1965. Germination de graines anciennes : observations floristiques et expériences avec des échantillons de sol datés archéologiques. Dan. Bot, Arkiv 24(2):1-70 Shen-Miller, J., Mudgett, MB, Schopf, JW, Clarke, S., et Berger, R. 1995. Longévité exceptionnelle des graines et croissance robuste : Ancien lotus sacré de Chine. American Journal of Botany).

Combien de temps dure l'ADN ? L'ADN, le code génétique, présent dans toute vie, est une molécule très stable. Des fragments vieux de milliers d'années ont été trouvés dans des artefacts archéologiques, surtout si les artefacts ont été conservés au sec ou exempts de microbes qui causent la pourriture.

Puis-je planter des graines d'une pomme que j'ai vraiment appréciée ? Vous pouvez planter des graines de cette pomme et obtenir un arbre dans environ 5 à 10 ans, mais le fruit du nouvel arbre ne sera pas le même que la pomme que vous avez appréciée. En effet, la qualité des fruits est spécifique à la plante mère, et l'arbre mère et l'arbre descendant sont génétiquement différents. La plupart des cultures fruitières doivent effectuer une pollinisation croisée pour produire des graines. Pour les cultures fruitières, la même lignée génétique est généralement maintenue en greffant des greffons de la plante mère sur un porte-greffe ou des tiges d'enracinement qui sont coupées de la plante mère.


Assurez-vous que la qualité de votre échantillon est maintenue

La stabilité de vos échantillons biologiques est importante pour garantir que vos données et résultats sont exacts et non biaisés. La meilleure façon de garantir que vos échantillons restent stables pendant le transport et le stockage est de vous assurer que vous disposez d'une méthode de prélèvement d'échantillons fiable qui peut stabiliser efficacement votre ADN sur de longues périodes de temps à des températures ambiantes et élevées.

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Les références:

[1] Hansen et al. Collecte d'échantillons de sang, de salive et de cellules buccales dans une étude pilote sur la comparaison d'une cohorte d'infirmières danoises du taux de réponse et de la qualité de l'ADN génomique. Cancer Epidermiol Biomarkers & Prévention. 2072-6 (2007).

[2] Galbete C et al. Les facteurs liés au mode de vie modifient le risque d'obésité lié aux variantes PPRG2 et FTO dans une population âgée : une analyse transversale dans le projet SUN. Gènes Nutr. 8(1):61-67 (2013).

[3] Anthonappa et al. Évaluation de la stabilité au stockage à long terme si la salive est une source d'ADN humain. Clin Oral Invest 17:1719-1725 (2013).

[4] Davis R et al. Prélèvement au sein du CRN : un bilan critique. CRN (2010).

[8] Karni et al. Dégradation thermique de l'ADN. ADN et biologie cellulaire. 32. (2013) 10.1089/adn.2013.2056.


Combien de temps dure l'ADN ?

Même une exposition minimale à la science médico-légale dans des émissions comme CSI et NCIS impressionnera sur un spectateur à quel point l'analyse de l'ADN est une grosse affaire. C'est le contraire de la preuve circonstancielle : une preuve indéniable de l'identité de quelqu'un qu'il est impossible de falsifier, à moins d'échanger un échantillon contre un autre. La technique peut être appliquée aux victimes de meurtre ou aux rois anglais décédés depuis longtemps ou aux enfants illégitimes et à leurs pères qui évitent la garde - tout sujet à partir duquel des informations génétiques intactes peuvent être extraites - et c'est ce qui fait de l'ADN un outil aussi précieux dans l'étude anthropologique qu'il l'est. dans les enquêtes policières. Pour un sujet mort depuis longtemps, l'ADN a une date d'expiration, mais quelle est-elle exactement ?

La formule entière de la vie humaine est codée dans les molécules submicroscopiques d'acide désoxyribonucléique et a traversé toutes les étapes de l'évolution. Comme les empreintes digitales, le code génétique est particulier à un individu, ce qui en fait un identifiant unique en l'absence d'autres informations, comme les dossiers dentaires modernes. L'ADN, cependant, est fragile et se décompose avec le temps. La durée du processus de décomposition variera selon les circonstances dans lesquelles il se trouve. Prenez, par exemple, si l'ADN est exposé aux éléments : comme le corps humain lui-même, l'ADN se désintègre avec une rapidité croissante en présence de chaleur, d'eau, de lumière du soleil et d'oxygène. Ces conditions essentielles de la vie accélèrent également le processus de la mort, rendant potentiellement l'ADN inutile pour l'analyse en quelques semaines.

Les scientifiques ont estimé que dans les conditions les plus idéales, l'ADN peut théoriquement survivre pendant un maximum d'un million d'années. Bien qu'une équipe de chercheurs ait récemment affirmé avoir découvert du matériel génétique vieux de 419 millions d'années appartenant à des bactéries préhistoriques dans le bassin du Michigan, d'autres sur le terrain ont vivement contesté cette affirmation, en particulier à la lumière d'un échantillon antérieur estimé à 250 millions d'années. vieux, mais s'est avéré plus tard contaminé par la présence d'ADN moderne. Les plus anciens échantillons d'ADN réels proviennent du Groenland (le glacial, par opposition à l'Islande, le vert), extraits de sous un kilomètre de glace, un « congélateur naturel parfait » pour la préservation de l'ADN. Les échantillons vieux de 450 000 à 800 000 ans fournissent des preuves de la vie verte sur la masse continentale désormais largement stérile.

En ce qui concerne le matériel génétique humain, le record du plus ancien ADN de Néandertal est détenu par un échantillon vieux de 100 000 ans trouvé dans une grotte belge. L'échantillon d'ADN humain le plus durable a été découvert dans le nord-est de l'Espagne et affiche un âge de survie de 7 000 ans. Dans les deux cas, les techniques mises au point par le Dr Rhonda Roby ont permis aux chercheurs d'utiliser l'ADN mitochondrial plutôt que le type trouvé dans le noyau cellulaire bien que l'ADN mitochondrial ne contienne que des informations génétiques partielles, il fournit des preuves suffisantes pour l'identification et est présent en plus grande abondance que nucléaire. ADN, augmentant ses chances de survie.

Combien de temps dure l'ADN ? La réponse courte est que c'est compliqué et déterminé par un certain nombre de facteurs imprévisibles tels que la météo et le lieu de repos final de l'organisme. Votre ADN est peut-être l'héritage moléculaire que vous laissez derrière vous, mais une fois que vous êtes mort, vous ne pouvez pas vraiment y faire grand-chose.


Contenu

Le modèle à double hélice de la structure de l'ADN a été publié pour la première fois dans la revue La nature par James Watson et Francis Crick en 1953, [5] (coordonnées X,Y,Z en 1954 [6] ) sur la base des travaux de Rosalind Franklin et de son étudiant Raymond Gosling, qui ont pris l'image cruciale de diffraction des rayons X de l'ADN marqué comme "Photo 51", [7] [8] et Maurice Wilkins, Alexander Stokes et Herbert Wilson, [9] et les informations chimiques et biochimiques d'appariement des bases par Erwin Chargaff. [10] [11] [12] [13] [14] [15] Le modèle antérieur était l'ADN triple brin. [16]

La prise de conscience que la structure de l'ADN est celle d'une double hélice a élucidé le mécanisme d'appariement des bases par lequel l'information génétique est stockée et copiée dans les organismes vivants et est largement considérée comme l'une des découvertes scientifiques les plus importantes du 20e siècle. Crick, Wilkins et Watson ont chacun reçu un tiers du prix Nobel de physiologie ou médecine 1962 pour leurs contributions à la découverte. [17]

L'hybridation est le processus de liaison de paires de bases complémentaires pour former une double hélice. La fusion est le processus par lequel les interactions entre les brins de la double hélice sont rompues, séparant les deux brins d'acide nucléique. Ces liaisons sont faibles, facilement séparées par un chauffage doux, des enzymes ou une force mécanique. La fusion se produit préférentiellement en certains points de l'acide nucléique. [18] T et UNE les régions riches se fondent plus facilement que C et g régions riches. Certaines étapes de base (paires) sont également sensibles à la fusion de l'ADN, comme T A et T G. [19] Ces caractéristiques mécaniques se traduisent par l'utilisation de séquences telles que TATA au début de nombreux gènes pour aider l'ARN polymérase à faire fondre l'ADN pour la transcription.

La séparation des brins par chauffage doux, telle qu'utilisée dans la réaction en chaîne par polymérase (PCR), est simple, à condition que les molécules aient moins d'environ 10 000 paires de bases (10 kilopaires de bases, ou 10 kpb). L'entrelacement des brins d'ADN rend les segments longs difficiles à séparer. La cellule évite ce problème en permettant à ses enzymes de fusion de l'ADN (hélicases) de fonctionner simultanément avec les topoisomérases, qui peuvent cliver chimiquement le squelette phosphate de l'un des brins afin qu'il puisse pivoter autour de l'autre. Les hélicases déroulent les brins pour faciliter la progression des enzymes de lecture de séquences telles que l'ADN polymérase.

La géométrie d'une étape de base ou de paire de bases peut être caractérisée par 6 coordonnées : décalage, glissement, montée, inclinaison, roulis et torsion. Ces valeurs définissent avec précision l'emplacement et l'orientation dans l'espace de chaque base ou paire de bases dans une molécule d'acide nucléique par rapport à son prédécesseur le long de l'axe de l'hélice. Ensemble, ils caractérisent la structure hélicoïdale de la molécule. Dans les régions d'ADN ou d'ARN où le Ordinaire structure est perturbée, le changement de ces valeurs peut être utilisé pour décrire une telle perturbation.

Pour chaque paire de bases, considérée par rapport à son prédécesseur, il y a les géométries de paires de bases suivantes à considérer : [20] [21] [22]

  • Tondre
  • S'étirer
  • Échelonner
  • Boucle
  • Hélice: rotation d'une base par rapport à l'autre dans la même paire de bases.
  • Ouverture
  • Décalage: déplacement le long d'un axe dans le plan de la paire de bases perpendiculaire au premier, dirigé du petit au grand sillon.
  • Faire glisser: déplacement selon un axe dans le plan de la paire de bases dirigé d'un brin à l'autre.
  • Augmenter: déplacement le long de l'axe de l'hélice.
  • Inclinaison: rotation autour de l'axe de décalage.
  • Rouler: rotation autour de l'axe de la glissière.
  • Tourner: rotation autour de l'axe de montée.
  • déplacement x
  • déplacement y
  • inclination
  • Astuce
  • terrain: la hauteur par tour complet de l'hélice.

L'élévation et la torsion déterminent la main et le pas de l'hélice. Les autres coordonnées, en revanche, peuvent être nulles. Le glissement et le déplacement sont généralement faibles dans l'ADN-B, mais sont substantiels dans l'ADN-A et l'ADN-Z. Le roulis et l'inclinaison rendent les paires de bases successives moins parallèles et sont généralement petites.

Notez que "l'inclinaison" a souvent été utilisée différemment dans la littérature scientifique, se référant à la déviation du premier axe de la paire de bases interbrin de la perpendicularité à l'axe de l'hélice. Cela correspond à un glissement entre une succession de paires de bases, et dans les coordonnées basées sur l'hélice est correctement appelé « inclinaison ».

On pense qu'au moins trois conformations d'ADN se trouvent dans la nature, l'ADN-A, ADN-B, et l'ADN-Z. Les B forme décrite par James Watson et Francis Crick est censée prédominer dans les cellules. [23] Il mesure 23,7 de large et s'étend sur 34 par 10 pb de séquence. La double hélice fait un tour complet autour de son axe toutes les 10,4 à 10,5 paires de bases en solution. Cette fréquence de torsion (appelée la fréquence hélicoïdale terrain) dépend en grande partie des forces d'empilement que chaque base exerce sur ses voisines de la chaîne. La configuration absolue des bases détermine la direction de la courbe hélicoïdale pour une conformation donnée.

L'ADN-A et l'ADN-Z diffèrent significativement par leur géométrie et leurs dimensions de l'ADN-B, bien qu'ils forment toujours des structures hélicoïdales. On a longtemps pensé que la forme A ne se présentait que dans des échantillons d'ADN déshydratés en laboratoire, tels que ceux utilisés dans les expériences cristallographiques, et dans des appariements hybrides de brins d'ADN et d'ARN, mais la déshydratation de l'ADN se produit in vivo, et l'ADN-A est maintenant connu pour avoir des fonctions biologiques. Les segments d'ADN que les cellules ont méthylés à des fins de régulation peuvent adopter la géométrie Z, dans laquelle les brins tournent autour de l'axe hélicoïdal dans le sens inverse de l'ADN-A et de l'ADN-B. Il existe également des preuves de complexes protéine-ADN formant des structures d'ADN-Z.

D'autres conformations sont possibles ADN-A, ADN-B, ADN-C, ADN-E, [24] L-L'ADN (la forme énantiomère de -DNA), [25] P-DNA, [26] S-DNA, Z-DNA, etc. ont été décrits jusqu'à présent. [27] En fait, seules les lettres F, Q, U, V et Y sont désormais [mise à jour] disponibles pour décrire toute nouvelle structure d'ADN qui pourrait apparaître à l'avenir. [28] [29] Cependant, la plupart de ces formes ont été créées synthétiquement et n'ont pas été observées dans les systèmes biologiques naturels. [ citation requise ] Il existe également des formes d'ADN triple brin et des formes quadruplexes telles que le G-quadruplex et le i-motif.

Caractéristiques structurelles des trois principales formes d'ADN [30] [31] [32]
Attribut de géométrie ADN-A ADN-B ADN-Z
Sens de l'hélice droitier droitier gaucher
Unité de répétition 1 pb 1 pb 2 pb
Rotation/pb 32.7° 34.3° 60°/2
pb/tour 11 10.5 12
Inclinaison du pb à l'axe +19° −1.2° −9°
Hausse/pb le long de l'axe 2,3 (0,23 nm) 3,32 (0,332 nm) 3,8 (0,38 nm)
Pas/tour d'hélice 28,2 (2,82 nm) 33,2 (3,32 nm) 45,6 (4,56 nm)
Torsion moyenne de l'hélice +18° +16°
Angle glycosylé anti anti C : anti,
G : syn
Pleurer de sucre C3'-endo C2'-endo C : C2'-endo,
G : C2'-exo
Diamètre 23 Å (2,3 nm) 20 Å (2,0 nm) 18 (1,8 nm)

Grooves Modifier

Les brins hélicoïdaux jumeaux forment le squelette de l'ADN. Une autre double hélice peut être trouvée en traçant les espaces, ou rainures, entre les brins. Ces vides sont adjacents aux paires de bases et peuvent fournir un site de liaison. As the strands are not directly opposite each other, the grooves are unequally sized. One groove, the major groove, is 22 Å wide and the other, the minor groove, is 12 Å wide. [33] The narrowness of the minor groove means that the edges of the bases are more accessible in the major groove. As a result, proteins like transcription factors that can bind to specific sequences in double-stranded DNA usually make contacts to the sides of the bases exposed in the major groove. [4] This situation varies in unusual conformations of DNA within the cell (see below), but the major and minor grooves are always named to reflect the differences in size that would be seen if the DNA is twisted back into the ordinary B form.

Non-double helical forms Edit

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

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

Persistence length, axial stiffness Edit

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

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

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

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

Models for DNA bending Edit

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

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

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

Bending preference Edit

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

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

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

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
g UNE T T C C C UNE UNE UNE UNE UNE T g T C UNE UNE UNE UNE UNE UNE T UNE g g C UNE UNE UNE UNE UNE UNE T g C C UNE UNE UNE UNE UNE UNE T C C C UNE UNE UNE C

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

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

Circularization Edit

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

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

Elastic stretching regime Edit

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

Phase transitions under stretching Edit

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

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

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

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

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

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

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

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

Analysis of DNA topology uses three values:

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

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

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

The linking number paradox Edit

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


Épidémiologie

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

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

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


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