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Quale frequenza di luce UV danneggia il DNA?

Quale frequenza di luce UV danneggia il DNA?


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Ho letto che la luce UV può danneggiare il DNA puro (DNA che è stato estratto e purificato). C'è una particolare soglia di frequenza in cui si verifica questo danno o è più di un gradiente in cui l'alta frequenza, maggiore è il danno. Voglio capire quanti danni può fare la luce a quali frequenze.


Non solo DNA puro, le radiazioni UV sono una delle principali cause di cancro della pelle perché danneggiano il DNA cellulare nelle cellule della pelle. Parlando di gamma di frequenze, due diversi tipi di radiazioni UV danneggiano il DNA in due modi diversi:

  • Radiazione UV-A danneggia il DNA in modo indiretto. La radiazione UV-A genera facilmente radicali liberi, come idrossili e radicali dell'ossigeno, che a loro volta causano il danno principale1. Il danno causato da tali radicali è per lo più rotture a singolo filamento nel DNA. Solo di recente, infatti, è stato accertato che le radiazioni UV-A fare danneggiare il DNA, mentre questi erano originariamente considerati non (o meno) dannosi2. L'UV-A ha anche effetti immunosoppressivi su tutto il corpo ed è anche mutageno per i cheratinociti della pelle.

    Gamma di lunghezze d'onda: 315 - 400 nm

    Effetto: fonte

  • Radiazione UV-B è infatti ciò che provoca più danni e danni più mortali al DNA. La radiazione UV-B attacca direttamente il DNA, eccita gli atomi delle molecole di timina adiacenti, che a loro volta formano legami covalenti tra loro e portano alla formazione di dimeri di timina. Questi dimeri, essendo legati uno accanto all'altro invece di essere legati alla base del filamento opposto, formano un rigonfiamento che interrompe la struttura e la funzione del DNA. Tali dimeri vengono rimossi mediante un processo noto come riparazione per escissione di nucleotidi, che coinvolge circa 30 diverse proteine3, il che significa che i raggi UV-B sono più dannosi per il corpo rispetto agli UV-A. L'UV-B provoca anche rotture a doppio filamento nel DNA, che rappresentano un grave problema per la replicazione del DNA e una minaccia per la sopravvivenza delle cellule.

    Gamma di lunghezze d'onda: 280 - 315 nm

    Effetto: fonte

  • Altri effetti delle radiazioni UV sul corpo includono danni alle fibre di collagene e alla vitamina A nel corpo e gli effetti dell'invecchiamento accelerato 4. Oltre a questo, le radiazioni UV, a causa degli effetti dannosi sul DNA, vengono utilizzate per la sterilizzazione in quanto distruggono il DNA dei microbi e quindi ne impediscono la replicazione.

    Gamma di lunghezze d'onda: 10 - 400 nm (spettro UV completo)

Riferimenti:

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Quale frequenza di luce UV danneggia il DNA? - Biologia

Professore Emerito, Radioterapia Oncologica (Biologia delle Radiazioni)
Scuola di Medicina della Stanford University
800 Blossom Hill Road, Unit R169, Los Gatos, CA 95032
[email protected]
web.stanford.edu/

Ancora nel 1944, la maggior parte degli scienziati pensava che le proteine ​​trasportassero l'informazione genetica. L'accettazione generale del DNA come vettore di informazioni genetiche è arrivata solo dopo l'articolo di Avery et al. (1944), che ha dimostrato la trasformazione del pneumococco mediante DNA purificato. Tuttavia, molti anni prima, i fotobiologi disponevano di informazioni che dimostravano in modo definitivo l'importanza dell'acido nucleico sia nella letalità indotta dalle radiazioni che nella mutagenesi. Nel 1930, Gates pubblicò uno spettro d'azione per l'uccisione dei batteri che mostrava che l'acido nucleico, e non le proteine, era il bersaglio della letalità dopo l'irradiazione UV. Nel 1939, i laboratori di Hollander e di Knapp pubblicarono spettri d'azione per la produzione di mutazioni da radiazione UV (rivisto in Zelle e Hollaender, 1955) l'acido nucleico era implicato come bersaglio per la mutagenesi delle radiazioni UV. Pertanto, i fotobiologi disponevano di dati che implicavano il DNA come vettore di informazioni genetiche 5-14 anni prima che questo concetto fosse accettato dalla comunità scientifica generale.

I fotobiologi hanno bisogno di migliori attività di pubbliche relazioni. Sarebbe bello se le diverse società di fotobiologia nel mondo dedicassero più tempo all'educazione dei non fotobiologi sugli importanti contributi che i fotobiologi danno alla scienza e alla società.


La risposta in frequenza mutante (MFR)
La curva MFR della radiazione UV per Escherichia coli K-12 uvrB5 è stata risolta in tre componenti, che si ritiene siano il risultato di tre meccanismi mutageni indipendenti. Sono: (1) un meccanismo "one-hit" che produce l'MFR lineare a fluenze di radiazione UV di 0-0,5 J/m2, ma che opera almeno fino a 6 J/m2 (2) un "two-hit" meccanismo che produce un MFR quadrato della fluenza a fluenze maggiori di

0,5 J/m2 e (3) un processo cineticamente complesso (KC) (precedentemente chiamato processo ?-hit) che si osserva solo tra 1 e 3 J/m2. I meccanismi 2-hit e KC sono associati alla produzione di mutanti soppressori, e il meccanismo one-hit è associato alla produzione di mutanti posteriori (Sargentini e Smith, 1979 Sargentini et al., 1982). Chiaramente, una risposta alla mutazione 1-hit richiede solo la produzione di una lesione specifica nel DNA. Per la mutagenesi 2-hit, sono possibili numerosi meccanismi, ad esempio una rottura del doppio filamento del DNA o lacune sovrapposte del filamento figlia del DNA (vedi sotto).


In che modo le radiazioni UV producono mutazioni?
Le cellule non sono solo bersagli fisici in cui le mutazioni vengono fissate istantaneamente dopo l'irradiazione. Piuttosto, è ciò che una cellula fa o non fa al danno che determina se si tradurrà in una mutazione. La prima indicazione che ciò era vero era il fatto che i trattamenti post-irradiazione hanno un effetto marcato sia sulla letalità che sulla resa delle mutazioni.

Roberts e Aldous (1949) hanno dimostrato che tenere irraggiati con raggi UV E. coli B in un mezzo liquido non nutritivo prima della placcatura su un mezzo nutritivo solido ha determinato un miglioramento della sopravvivenza. Questo fenomeno è stato chiamato liquid holding recovery (LHR). È stato concluso sia da prove genetiche che biochimiche che il processo principale che si verifica durante l'LHR è la riparazione per escissione di nucleotidi. La maggior quantità di LHR si osserva in a recA ceppo (Tang e Smith, 1980). Si suggerisce che l'assenza di recA La funzione consente di completare la riparazione per escissione durante l'LHR senza interferenze dovute alla replicazione e alla ricombinazione (cioè la riparazione postreplicativa).

Il laboratorio di Doudney ha fornito informazioni sulla modifica post-irradiazione della resa delle mutazioni indotte dalle radiazioni UV (rivisto in Doudney, 1968). Ha coniato la frase "declino della frequenza di mutazione" (MFD), per la situazione in cui vi è una marcata diminuzione della resa di alcuni tipi di mutanti se la sintesi proteica viene inibita transitoriamente dopo l'irradiazione UV. Nel 1968, Bridges e Munson scrissero che "Del 'decadimento della frequenza di mutazione' (MFD) si è inclini a dire che ci possono essere pochi fenomeni di cui si conosce di più e si capisce di meno".

La MFD è stata interpretata come un'anomalia di riparazione dell'escissione che colpisce in modo univoco le mutazioni del soppressore senza senso indotte in alcuni geni del tRNA. Più recentemente, la MFD è stata collegata alla riparazione rapida accoppiata alla trascrizione del danno da radiazioni UV sul filamento stampo di geni attivi (Selby e Sancar, 1993, 1994 Witkin, 1994).


Risposta SOS
MFD ha focalizzato la nostra attenzione sul fatto che le mutazioni indotte dalle radiazioni non sono il risultato immediato delle azioni della radiazione, piuttosto, le mutazioni sono il risultato di come le cellule gestiscono o gestiscono male le lesioni del DNA indotte dalle radiazioni. Una prova conclusiva del suo concetto è arrivata con le osservazioni di Witkin (1967, 1969) che alcuni mutanti di E. coli, cioè quelli con mutazioni nella lexA e recA geni, potrebbero essere uccisi, ma non possono essere mutati dall'irradiazione UV, ed è nato il concetto di sintesi del DNA di traslezione incline all'errore. Questo è stato ulteriormente ampliato da Radman (1974) nell'ipotesi SOS, che afferma che il danno al DNA induce un insieme di geni necessari per la sopravvivenza e la mutagenesi.

La proteina RecA è attivata da un segnale di danno al DNA, probabilmente l'improvviso aumento del DNA a singolo filamento dovuto al blocco della sintesi del DNA (ad esempio, Sassanfar e Roberts, 1990). La proteina RecA attivata (RecA*) attiva quindi la proteina LexA per l'autoclivaggio (Zhang et al., 2010). La proteina LexA è il repressore per un insieme di circa 40 geni SOS, tra cui umuC e umuD, provocando così l'induzione e l'espressione della risposta SOS (Kato e Shinoura, 1977 Steinborn, 1978). RecA* attiva la scissione di UmuD per generare UmuD', che si associa a UmuC per formare UmuD'2C, noto come DNA polimerasi V (Pol V). In presenza di RecA*, Pol V sintetizza le lesioni che bloccano la replicazione del passato del DNA in un processo noto come sintesi di traslesione (TLS). Poiché TLS di Pol V è estremamente impreciso, produce un enorme aumento della mutagenesi. Tuttavia, una volta rimossa la maggior parte dei blocchi di replicazione, mediante riparazione diretta del DNA o tollerata da TLS, RecA non viene più attivato, con conseguente repressione della risposta SOS (rivisto in Patel et al., 2010).

Tuttavia, mutazioni in umuC o umuD (Pol V) rendono le cellule solo leggermente sensibili all'uccisione mediante irraggiamento UV. Sebbene non mutabile dai raggi UV, umuC e umuD i ceppi sono ancora parzialmente mutabili per irradiazione gamma (Sargentini e Smith 1989 e riferimenti ivi contenuti). Infatti, umuC blocca tutta la mutagenesi da radiazioni gamma con sostituzione delle basi ossigeno-dipendente, ma solo una parte della mutagenesi ossigeno-indipendente. Pertanto, mentre tutte le mutazioni di sostituzione di base prodotte dall'irradiazione UV sono sotto il controllo del umuCD geni, solo una parte delle mutazioni di sostituzione delle basi indotte dalle radiazioni gamma sembrano essere umuCD-dipendente (Sargentini e Smith, 1989). È noto che anche altre DNA polimerasi contribuiscono alla mutagenesi UV (vedi sotto).

Va notato che la mutagenesi della radiazione UV mostra una cinetica 1-hit a basse dosi (Sargentini e Smith, 1979). La cinetica one-hit non si adatta facilmente all'attuale dogma della mutagenesi SOS inducibile.


Meccanismi di sintesi del DNA di translesione mutagena
Esistono diversi modelli per spiegare come la replicazione del DNA può riprendere a un blocco causato da una lesione non istruttiva in E. coli (ad es. Echols e Goodman, 1990): (1) Le polimerasi sono indotte (o modificate) che hanno una fedeltà inferiore (ad es. Pol II e Pol I*). (2) La stessa proteina RecA può rilassare la fedeltà di Pol III. A questo proposito, è interessante notare che la sovrapproduzione della subunità epsilon (cioè la funzione di editing) di Pol III contrasta la risposta mutagena SOS di E. coli (Jonczyk et al., 1988) e l'assenza della subunità epsilon (mutD) provoca un enorme aumento delle mutazioni spontanee (Fowler et al., 1986 Piechocki et al., 1986) (vedi sezione sulle mutazioni spontanee di seguito). (3) Pol IV (dinB) non mostra attività di correzione di bozze, ha una modalità di sintesi strettamente distributiva (cioè, solo un dNMP per ogni ciclo di legame al substrato del DNA) e ha una chiara propensione ad allungare strutture primer/template disallineate (rigonfie) (Wagner et al. , 1999). (4) Pol V (umuC umuD) è stata la prima polimerasi ad essere associata alla risposta SOS (vedere la sezione sulla risposta SOS, sopra).

Forse il caso più studiato di sintesi di traslezione coinvolge i siti AP (siti apurinici/apirimidinici), che sono noti per essere mutageni (ad esempio, Schaaper e Loeb, 1981 Loeb e Preston, 1986). Mentre i siti AP sono chiaramente lesioni non codificanti e sono soggetti a processi di riparazione (cioè da parte delle endonucleasi AP Lindahl, 1990), la DNA polimerasi occasionalmente gestisce queste lesioni semplicemente introducendo un'adenina di fronte a un sito AP. In alcuni casi, l'adenina sarà la base corretta, ma nella maggior parte dei casi non sarà corretta e porterà a una mutazione. Il dATP è anche preferibilmente inserito di fronte a un numero di ingombranti addotti chimici al DNA (ad esempio, amminofluorene, aflatossina). Questa cosiddetta "Regola" della specificità mutagena è stata rivista (Strauss, 1991).

Quali sono i processi di riparazione del DNA mutageno?
In generale, i processi di riparazione del DNA che possono verificarsi al buio possono essere suddivisi in due categorie principali, ovvero quei processi che non richiedono la replicazione del DNA e quelli che lo fanno. Nella prima categoria ci sono la riparazione per escissione di nucleotidi (vedi modulo sulla riparazione per escissione) e la riparazione per escissione di basi (Seeberg et al., 1995). Il sistema di riparazione che richiede la replicazione del DNA è la riparazione postreplicativa (Smith, 2004 vedere il modulo sulla riparazione ricombinante del DNA). Poiché le mutazioni che bloccano la riparazione per escissione di nucleotidi aumentano la mutagenesi della radiazione UV (Hill, 1965), ha suggerito che la riparazione per escissione è molto meno mutagena rispetto alla riparazione postreplicativa (Witkin, 1976).

La riparazione per escissione nucleotidica ha un componente che è recA dipendente (Cooper e Hanawalt, 1972 Youngs et al., 1974), ed è mutageno (Nishioka e Doudney, 1970 Bridges e Mottershead, 1971). Le cellule con cromosomi allineati (cioè non in fase di replicazione) mostrano no recA-riparazione per escissione dipendente, poiché non sono presenti duplex gemellari. Il passo per colmare le lacune di recASi propone che la riparazione per escissione dipendente sia analoga al meccanismo di trasferimento del filamento che si verifica durante il riempimento del gap mediante la riparazione postreplicativa (Smith e Sharma, 1987).

C'è un percorso minore di riparazione postreplicativa che è umuC dipendente (Wang e Smith, 1985). Presumibilmente questo è il percorso della riparazione postreplicativa che produce mutazioni dopo l'irradiazione UV.


Quali tipi di lesioni al DNA sono mutagene?

Dimeri pirimidinici e (6-4)-Addotti. Poiché la fotoriattivazione (cioè la scissione enzimatica dei dimeri pirimidinici in presenza di modulo vedi luce sulla fotoriattivazione) è specifica per la riparazione dei dimeri pirimidinici di tipo ciclobutano, e poiché la fotoriattivazione riduce notevolmente la resa delle mutazioni indotte dalle radiazioni UV, ha stato concluso che i dimeri di pirimidina sono mutageni (ad es. Witkin, 1976). Inoltre, l'irradiazione e la fotoriattivazione del fattore F di E. coli prima del suo trasferimento a singolo filamento alle cellule riceventi ha mostrato chiaramente che la lesione premutagena era il dimero pirimidinico di tipo ciclobutano (Kunz e Glickman, 1984 Lawrence et al., 1985).

D'altra parte, la misurazione dei dimeri pirimidinici e (6-4)-addotti a livello di sequenza del DNA nel lacI gene ha mostrato che gli "hotspot" della mutazione indotta dalle radiazioni UV si sono verificati negli hotspot del fotoprodotto, in cui i dimeri di pirimidina erano leggermente più frequenti rispetto ad altri siti, ma dove gli addotti (6-4) erano notevolmente elevati (Brash e Haseltine, 1982) . Lavori successivi hanno confermato il fatto che in determinate posizioni gli addotti (6-4) sono la principale lesione mutagena (Glickman et al., 1986b).

Le transizioni G:C -> A:T predominano dopo l'irradiazione UV. In E. coli il
(6-4)-fotoprodotto può essere più importante per la mutagenesi, mentre il dimero pirimidinico può essere più importante nelle cellule di mammifero. Nelle cellule umane, le mutazioni si verificano alla C di un dimero pirimidinico TC, CT o CC, ma non ai dimeri TT, e si verificano anche alla C di TC e CC (6-4)-addotti (recensione di Brash, 1988) .

Pertanto, come per la sopravvivenza, nessuna lesione indotta da radiazioni UV può essere assegnata come l'unica lesione mutagena. In determinate condizioni sperimentali e in determinate sequenze di basi all'interno di un gene, i dimeri di pirimidina possono essere le lesioni mutagene più importanti, tuttavia, in altre condizioni sperimentali e in altre sequenze di basi (ad es. siti CC), il (6-4)- l'addotto può essere il più importante. Inoltre, sono stati identificati fotoprodotti purinici e sono stati implicati nella mutagenesi (rivisto in Brash, 1988). Pertanto, le affermazioni sull'importanza relativa dei diversi fotoprodotti nella letalità e nella mutagenesi devono essere valutate esperimento per esperimento.

Lacune sovrapposte figlia-filamento. Poiché le mutazioni indotte dalle radiazioni UV mostrano una cinetica a 2 colpi a dosi elevate, cioè sono prodotte in funzione del quadrato della dose, si è molto discusso su cosa siano questi due "colpi" di radiazione a livello molecolare (ad es. Witkin, 1976). Chiaramente, almeno un colpo deve essere nel gene per essere mutato, e il secondo colpo è stato considerato coinvolto nell'induzione della risposta SOS. Un altro meccanismo per produrre mutazioni che richiedono 2-hits è la formazione di due lesioni ravvicinate (una su ciascun filamento di DNA), che portano alla formazione di gap sovrapposti tra i filamenti figli durante la riparazione postreplicativa (Wang e Smith, 1986a,b). Poiché i gap sovrapposti dei filamenti figli non possono essere riparati dal consueto modello di riparazione post-replicativa di riempimento degli spazi, è stato argomentato che tale lesione può essere altamente mutagena (Sedgwick, 1976).

Rotture del doppio filamento del DNA. Sebbene l'irradiazione UV non produca direttamente rotture del doppio filamento del DNA, possono formarsi come conseguenza della riparazione inefficiente delle lacune di escissione sovrapposte (Bonura e Smith, 1975) e delle lacune delle eliche figlie sovrapposte (Wang e Smith, 1986a, b) (vedi modulo sulle rotture del doppio filamento del DNA). È stato dimostrato che l'induzione di radiazioni gamma di mutazioni a lunga delezione è la conseguenza della riparazione delle rotture del doppio filamento del DNA da parte del recB-via dipendente, ma non dalla recF-via dipendente, per la riparazione delle rotture del doppio filamento del DNA (Sargentini e Smith, 1992).

Legami incrociati DNA-proteine. La formazione di legami incrociati DNA-proteina ha dimostrato di essere significativa nell'uccisione di E. coli sia mediante irradiazione UV a 254 nm (Smith et al., 1966), sia mediante irradiazione con luce visibile in presenza di agenti fotodinamici come il blu di metilene e l'arancio di acridina (p. 188 in Smith e Hanawalt, 1969). La chimica dei legami incrociati DNA-proteina è esaminata in un modulo sui legami incrociati DNA-proteina. Se le cellule vengono irradiate con raggi UV mentre sono congelate, sono circa 5 volte più sensibili all'uccisione. In queste condizioni la resa dei dimeri di timina si avvicina allo zero e la resa dei legami incrociati DNA-proteina è notevolmente migliorata, suggerendo che la resa maggiore dei legami incrociati DNA-proteina è la causa della maggiore letalità. Congelato E. coli sono anche molto più mutabili dall'irradiazione UV (Ashwood-Smith e Bridges, 1966), suggerendo che i legami incrociati DNA-proteina sono lesioni altamente mutagene.


Come sono distribuite le mutazioni lungo il DNA?
In generale, l'irradiazione UV produce mutazioni lungo un gene in modo non casuale, vale a dire che le mutazioni si osservano in alcune coppie di basi più frequentemente che in altre (ad es. Coulondre e Miller, 1977).Le basi che mostrano una maggiore frequenza di mutazioni sono chiamate "punti caldi". Al contrario, l'irradiazione ionizzante produce molti meno punti caldi (ad esempio, Kato et al., 1985). Questi risultati sono abbastanza coerenti con ciò che sappiamo sulla fotochimica e sulla chimica delle radiazioni del DNA, cioè la radiazione UV produce una preponderanza di alterazioni nelle pirimidine e la grande maggioranza di questi prodotti coinvolge il collegamento di due pirimidine adiacenti. Tuttavia, le radiazioni ionizzanti producono danni sia nelle purine che nelle pirimidine, ed è generalmente di natura monomolecolare. Pertanto, i punti caldi per la mutagenesi dopo l'irradiazione UV si verificano generalmente nella sequenza del DNA dove possono formarsi dimeri pirimidinici e addotti pirimidinici.

Tuttavia, non tutte le pirimidine adiacenti in un gene mostrano la stessa frequenza di mutazione dopo l'irradiazione UV. Ciò ha portato alla realizzazione che la natura delle basi adiacenti alle due pirimidine in questione è molto importante nel determinare quale delle coppie pirimidiniche adiacenti subirà mutazioni. Questo è stato chiamato l'effetto del "contesto" del DNA sulla mutagenesi (ad esempio, Drobetsky et al., 1987).


Mutagenesi spontanea
Il controllo genetico della mutagenesi spontanea è qualitativamente simile al controllo genetico della mutagenesi da radiazioni UV (Sargentini e Smith, 1981, 1985). Le mutazioni spontanee sono "il risultato netto di tutto ciò che può andare storto con il DNA durante il ciclo di vita di un organismo" (Glickman et al., 1986a). Tutti i tipi di mutazioni sono prodotti spontaneamente, cioè sostituzioni di basi, frameshift, inserzioni e delezioni. Tuttavia, sono apparsi pochi articoli dedicati esclusivamente allo studio dei meccanismi della mutagenesi spontanea e dei sottili fattori sperimentali che influenzano i tipi e le frequenze di specifiche mutazioni spontanee. Questo è un peccato perché la mutagenesi spontanea sembra giocare un ruolo importante nell'evoluzione, nell'invecchiamento e nella carcinogenesi (Smith, 1992).

Gran parte della mutagenesi spontanea in E. coli è dovuto alla riparazione del DNA soggetta a errori. Il umuC mutazione riduce drasticamente la mutagenesi spontanea. È stato proposto che il basso livello di mutagenesi spontanea osservato nella recA, lexA e umuC ceppi è dovuto ad errori commessi durante la replicazione del DNA, mentre l'aumentato livello di mutagenesi spontanea osservata nel ceppo wild-type, e specialmente nel uvrA e uvrB ceppi, è dovuto a lesioni asportabili prodotte nel DNA da normali reazioni metaboliche e che tali lesioni non asportate inducono mutazioni tramite riparazione del DNA soggetta a errori (Sargentini e Smith, 1981).

Come con la mutagenesi da radiazioni UV, anche la mutagenesi spontanea mostra "punti caldi". C'è una mutagenesi potenziata nei siti G-C e una mutagenesi potenziata quando G o C sono i vicini più prossimi (Sargentini e Smith, 1994).


Riepilogo
I fotobiologi sapevano dagli spettri di azione per l'uccisione dei batteri che il DNA trasportava l'informazione genetica di una cellula molto prima che la comunità scientifica generale lo deducesse dagli studi di trasformazione pubblicati nel 1944. Inoltre, la maggior parte delle nostre attuali conoscenze sulle basi molecolari e sul controllo genetico di la mutagenesi è derivata dal lavoro dei fotobiologi delle radiazioni UV.

Il primo salto nella nostra comprensione della mutagenesi è venuto dalle osservazioni che la mutagenesi non è dovuta agli effetti immediati delle radiazioni sulle cellule, ma piuttosto le mutazioni sono prodotte come conseguenza di come le cellule gestiscono male il danno al DNA tramite replicazione, riparazione e ricombinazione. Il salto successivo è venuto dall'osservazione che, nei batteri, questa gestione soggetta a errori del danno al DNA è, in parte, un processo inducibile dalle radiazioni.

Gli studi sulla mutagenesi delle radiazioni UV enfatizzano il controllo metabolico e genetico della mutagenesi, quali tipi di lesioni del DNA sono mutageni e con quali meccanismi e l'effetto dei nucleotidi vicini sull'induzione di una lesione in un nucleotide specifico (ad es. "punti caldi") e sui molteplici meccanismi per la gestione scorretta delle lesioni del DNA mediante replicazione, riparazione e ricombinazione.

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I 7 migliori meccanismi di riparazione dei danni al DNA (con diagramma)

Questo articolo getta luce sui primi sette meccanismi di riparazione del danno al DNA.

I primi sette meccanismi di riparazione del danno al DNA sono: (1) correzione di bozze da parte della DNA polimerasi (2) riparazione per escissione (3) riparazione spontanea mediante doppia elica del DNA (4) riparazione del DNA omologo e non omologo (5) riparazione SOS (6) riparazione del disadattamento of Single-Base Mispairs e (7) Dimeri di pirimidina indotti da fotoriattivazione UV.

Meccanismo n. 1. Correzione di bozze mediante DNA polimerasi:

Poiché la specificità dell'aggiunta di nucleotidi da parte delle DNA polimerasi è determinata dall'appaiamento di basi Watson-Crick, occasionalmente durante la sintesi del DNA viene inserita una base sbagliata (ad es. A invece di G). Infatti, una subunità della DNA polimerasi III di E. coli introduce circa 1 base errata in 104 legami internucleotidici durante la replicazione in vitro. Poiché un gene medio di E. coli è lungo circa 103 basi, una frequenza di errore di 1 su 10 4 coppie di basi causerebbe una mutazione potenzialmente dannosa in ogni decimo gene durante ogni replicazione, o 10 -1 mutazioni per gene per generazione.

Tuttavia, il tasso di mutazione misurato nelle cellule batteriche è molto inferiore, circa 1 errore in 10 9 eventi di polimerizzazione nucleotidica o, equivalentemente, da 10 -5 a 10 -6 mutazioni per gene per generazione (assumendo

1000 paia di basi per gene). Questa maggiore precisione in vivo è in gran parte dovuta alla funzione di correzione delle bozze delle DNA polimerasi di E. coli. Un esperimento ha dimostrato che l'attività di esonucleasi 3′ → 5′ della DNA polimerasi I di E. coli può rimuovere una base non corrispondente all'estremità in crescita 3′ di un complesso primer-modello sintetico. Nella DNA polimerasi III, questa funzione risiede nella subunità e della polimerasi centrale.

Quando viene incorporata una base errata durante la sintesi del DNA, la polimerasi fa una pausa e quindi trasferisce l'estremità 3′ della catena in crescita al sito dell'esonucleasi dove viene rimossa la base non appaiata. Quindi l'estremità 3′ viene trasferita nuovamente al sito della polimerasi, dove questa regione viene copiata correttamente. La correzione di bozze è una proprietà di quasi tutte le DNA polimerasi batteriche. Sia l'8 che l'e DNA polimerasi delle cellule animali, ma non la polimerasi, hanno anche attività di correzione di bozze. Sembra probabile che questa funzione sia indispensabile per tutte le cellule per evitare danni genetici eccessivi.

Meccanismo # 2. Riparazioni per escissione:

Esistono molteplici vie per la riparazione del DNA, utilizzando diversi enzimi che agiscono su diversi tipi di lesioni. Due dei percorsi più comuni sono mostrati nella figura 10.3 A, B. In entrambi, il danno viene asportato, la sequenza di DNA originale viene ripristinata da una DNA polimerasi che utilizza il filamento non danneggiato come modello e la rimanente rottura della doppia elica è sigillato dalla DNA ligasi (Fig. 10.2).

Come mostrato, la DNA ligasi utilizza una molecola di ATP per attivare l'estremità 5′ al nick (passo 1) prima di formare il nuovo legame (passo 2). In questo modo, la reazione di nichelatura energeticamente sfavorevole è guidata dall'accoppiamento al processo energeticamente favorevole dell'idrolisi dell'ATP.

Le due vie differiscono nel modo in cui il danno viene rimosso dal DNA. La prima via, chiamata riparazione per escissione di basi, coinvolge una batteria di enzimi chiamati DNA glicosilasi, ognuno dei quali può riconoscere un tipo specifico di base alterata nel DNA e catalizzarne la rimozione idrolitica. Esistono almeno sei tipi di questi enzimi, compresi quelli che rimuovono il Cs deaminato, l'As deaminato, diversi tipi di basi alchilate o ossidate, basi con anelli aperti e basi in cui un doppio legame carbonio-carbonio è stato accidentalmente convertito in un carbonio -carbonio singolo legame.

Come esempio del meccanismo generale di riparazione per escissione di base, è mostrata in figura la rimozione di un C deaminato da parte dell'uracile DNA glicosilasi. 10.3 A. Si pensa che una base alterata venga rilevata quando le DNA glicosilasi viaggiano lungo il DNA usando il base-flip per valutare lo stato di ciascuna coppia di basi. Una volta riconosciuta una base danneggiata, la reazione della glicosilasi del DNA crea uno zucchero desossiribosio privo della sua base. Questo "dente mancante" è riconosciuto da un enzima chiamato endonucleasi AP, che taglia la spina dorsale del fosfodiestere e il danno viene quindi rimosso e riparato.

La depurinazione, che è di gran lunga il tipo di danno più frequente subito dal DNA, lascia anche uno zucchero desossiribosio con una base mancante. Le depurinazioni vengono riparate direttamente a partire dall'endonucleasi AP, seguendo la metà inferiore del percorso.

La seconda via principale di riparazione è chiamata riparazione per escissione di nucleotidi. Questo meccanismo può riparare i danni causati da quasi tutti i grandi cambiamenti nella struttura della doppia elica del DNA. Tali “lesioni voluminose” includono quelle create dalla reazione covalente delle basi del DNA con grandi idrocarburi (come il benzopirene cancerogeno), nonché i vari dimeri pirimidinici (T-T, T-C e C-C) causati dalla luce solare. Le distorsioni dell'elica del DNA sono riconosciute dall'endonucleasi UvrABC, un enzima multi-subunità codificato dai tre geni uvrA, uvrB e uvrC.

Questo enzima esegue un taglio nel filamento di DNA danneggiato, la spina dorsale fosfodiestere del filamento anormale viene scissa su entrambi i lati della distorsione e un oligonucleotide contenente la lesione viene staccato dalla doppia elica del DNA da un enzima DNA elicasi. L'ampio gap prodotto nell'elica del DNA viene quindi riparato dalla DNA polimerasi I e sigillato dalla DNA ligasi (Fig. 10.3 B).

Meccanismo # 3. Riparazione spontanea mediante doppia elica del DNA:

La struttura a doppia elica del DNA è ideale per la riparazione perché trasporta due copie separate di tutte le informazioni genetiche, una in ciascuno dei suoi due filamenti. Pertanto, quando un filamento è danneggiato, il filamento complementare conserva una copia intatta della stessa informazione e questa copia viene generalmente utilizzata per ripristinare le sequenze nucleotidiche corrette sul filamento danneggiato.

La natura delle basi facilita anche la distinzione tra basi non danneggiate e basi danneggiate. Pertanto, ogni possibile evento di deaminazione nel DNA produce una base innaturale, che può quindi essere direttamente riconosciuta e rimossa da una specifica DNA glicosilasi.

Un'indicazione dell'importanza di un'elica a doppio filamento per l'archiviazione sicura delle informazioni genetiche è che tutte le cellule la usano, solo pochi piccoli virus usano DNA o RNA a filamento singolo come loro materiale genetico. La possibilità che si verifichi un cambiamento nucleotidico permanente in questi genomi di virus a singolo filamento è quindi molto alta.

Meccanismo # 4.Riparazione del DNA omologo e non:

Un tipo potenzialmente pericoloso di danno al DNA si verifica quando entrambi i filamenti della doppia elica sono rotti, senza lasciare alcun filamento stampo intatto per la riparazione. Le rotture di questo tipo sono causate da radiazioni ionizzanti, agenti ossidanti, errori di replicazione e alcuni prodotti metabolici nella cellula. Se queste lesioni non fossero riparate, porterebbero rapidamente alla rottura dei cromosomi in frammenti più piccoli. Tuttavia, si sono evoluti due meccanismi distinti per ristrutturare il potenziale danno.

La più semplice da comprendere è la giunzione terminale non omologa, in cui le estremità rotte vengono giustapposte e ricongiunte mediante legatura del DNA, generalmente con perdita di uno o più nucleotidi nel sito di giunzione (Fig. 10.4) Questo meccanismo di giunzione terminale, che può essere visto come una soluzione di emergenza per la riparazione delle rotture del doppio filamento, è un risultato comune nelle cellule di mammifero.

Sebbene un cambiamento nella sequenza del DNA (una mutazione) risulti nel sito di rottura, così poco del genoma dei mammiferi codifica per le proteine ​​che questo meccanismo è apparentemente una soluzione accettabile al problema di mantenere intatti i cromosomi.

La struttura specializzata dei telomeri impedisce che le estremità dei cromosomi vengano scambiate per DNA rotto, preservando così le estremità naturali del DNA. Un tipo ancora più efficace di riparazione della rottura del doppio filamento sfrutta il fatto che le cellule diploidi contengono due copie di ciascuna doppia elica.

In questa seconda via di riparazione, chiamata omologa end-joining, entrano in gioco meccanismi generali di ricombinazione che trasferiscono le informazioni sulla sequenza nucleotidica dalla doppia elica del DNA intatta al sito della rottura del doppio filamento nell'elica rotta. Questo tipo di reazione richiede speciali proteine ​​di ricombinazione che riconoscano aree di corrispondenza della sequenza del DNA tra i due cromosomi e le riuniscano.

Un processo di replicazione del DNA utilizza quindi il cromosoma non danneggiato come modello per trasferire le informazioni genetiche al cromosoma rotto, riparandolo senza modificare la sequenza del DNA. Nelle cellule che hanno replicato il loro DNA ma non ancora divise, questo tipo di riparazione del DNA può avvenire facilmente tra le due molecole di DNA sorelle in ciascun cromosoma, in questo caso non è necessario che le estremità rotte trovino la sequenza di DNA corrispondente nel cromosoma omologo. Questo tipo di riparazione è chiamato riparazione per ricombinazione.

Meccanismo # 5. Riparazione SOS:

Le cellule hanno evoluto molti meccanismi che le aiutano a sopravvivere in un mondo imprevedibilmente pericoloso. Spesso un cambiamento estremo nell'ambiente di una cellula attiva l'espressione di un insieme di geni i cui prodotti proteici proteggono la cellula dagli effetti deleteri di questo cambiamento. Un tale meccanismo condiviso da tutte le cellule è la risposta allo shock termico, che viene evocato dall'esposizione delle cellule a temperature insolitamente elevate. Le “proteine ​​da shock termico” indotte includono alcune che aiutano a stabilizzare e riparare le proteine ​​cellulari parzialmente denaturate.

Le cellule hanno anche meccanismi che elevano i livelli degli enzimi di riparazione del DNA, come risposta di emergenza a gravi danni al DNA. L'esempio più studiato è la cosiddetta risposta SOS in E. coli. La risposta SOS è un sistema di riparazione del DNA post replicazione che consente alla replicazione del DNA di bypassare lesioni o errori nel DNA. L'SOS utilizza la proteina RecA. Il segnale (che si pensa sia un eccesso di DNA a singolo filamento) attiva prima la proteina RecA. La proteina RecA, stimolata dal DNA a singolo filamento, è coinvolta nell'attivazione della LexA inducendo così la risposta. È un sistema di riparazione soggetto a errori.

Durante la crescita normale, i geni SOS sono regolati negativamente dai dimeri della proteina repressore LexA. In condizioni normali, LexA si lega a una sequenza consenso di 20 bp (la scatola SOS) nella regione dell'operatore per quei geni. L'attivazione dei geni SOS avviene dopo il danno al DNA dovuto all'accumulo di regioni a filamento singolo (ssDNA) generate alle forcelle di replicazione, dove la DNA polimerasi è bloccata. RecA forma un filamento attorno a queste regioni ssDNA in modo ATP-dipendente e si attiva. La forma attivata di RecA interagisce con il LexA per facilitare l'auto-scissione del LexA da parte dell'operatore (Fig. 10.5).

Una volta che le proteine ​​LexA vengono scisse, non si verifica alcuna repressione dei geni SOS. Gli operatori che legano debolmente LexA sono i primi ad essere pienamente espressi. In questo modo LexA può attivare sequenzialmente diversi meccanismi di riparazione. I geni che hanno una scatola SOS debole (come lex A, recA, uvrA, uvrB e uvrD) sono completamente indotti in risposta a trattamenti che inducono SOS anche deboli. Quindi il primo meccanismo di riparazione SOS da indurre è la riparazione per escissione nucleotidica (NER), il cui scopo è riparare il danno al DNA senza impegnarsi in una risposta SOS a tutti gli effetti.

Le cellule hanno un meccanismo aggiuntivo che le aiuta a rispondere al danno al DNA: ritardano la progressione del ciclo cellulare fino al completamento della riparazione del DNA. Ad esempio, uno dei geni espressi in risposta al segnale SOS di E. coli è sulA, che codifica per un inibitore della divisione cellulare. Pertanto, quando le funzioni SOS vengono attivate in risposta a un danno al DNA, un blocco della divisione cellulare estende il tempo per la riparazione. Quando la riparazione del DNA è completa, l'espressione dei geni SOS viene repressa, il ciclo cellulare riprende e il DNA non danneggiato viene segregato nelle cellule figlie.

Sebbene questa riparazione del DNA “ soggetta a errori” possa essere dannosa per le singole cellule batteriche, si presume che sia vantaggiosa a lungo termine perché produce un aumento della variabilità genetica nella popolazione batterica che aumenta la probabilità che si sviluppi una cellula mutante che è più in grado di sopravvivere nell'ambiente alterato.

Meccanismo # 6. Riparazione di disadattamenti di disaccoppiamento a base singola:

Molte mutazioni spontanee sono mutazioni puntiformi, che comportano un cambiamento in una singola coppia di basi nella sequenza del DNA. Questi possono derivare da errori di replicazione, durante la ricombinazione genetica e, in particolare, dalla deaminazione di basi per cui un residuo C viene convertito in un residuo U. Il problema concettuale con la riparazione del disadattamento è determinare quale sia il normale e quale sia il filamento di DNA mutante e riparare quest'ultimo in modo che sia correttamente accoppiato in base al filamento normale.

Il modo in cui ciò viene realizzato è stato chiarito in modo molto dettagliato per il sistema di riparazione del disadattamento metilico di E. coli, spesso indicato come sistema MutHLS. Nel DNA di E. coli, i residui di adenina in una sequenza GATC sono metilati in posizione 6. Poiché le DNA polimerasi incorporano adenina, non metil-adenina, nel DNA, i residui di adenina nel DNA appena replicato sono metilati solo sul filamento parentale. Le adenine nelle sequenze GATC sui filamenti figli sono metilate da un enzima specifico, chiamato Dam methytransferase, solo dopo un ritardo di alcuni minuti.

Durante questo periodo di ritardo, il DNA appena replicato contiene sequenze GATC emi-metilate:

Una proteina di E. coli denominata MutH, che si lega specificamente alle sequenze emimetilate, è in grado di distinguere il filamento parentale metilato dal filamento figlio non metilato. Se si verifica un errore durante la replicazione del DNA, che risulta in una coppia di basi non corrispondente vicino a una sequenza GATC, un'altra proteina, MutS, si lega a questo segmento accoppiato in modo anomalo. Il legame di MutS innesca il legame di MufL, una proteina di collegamento che collega MutS con un MutH vicino.

Questa reticolazione attiva un'attività endonucleasica latente di MutH, che quindi scinde in modo specifico il filamento figlia non metilato. Dopo questa incisione iniziale, il segmento del filamento figlia contenente la base mal incorporata viene asportato e sostituito con la sequenza di DNA corretta.

I ceppi di E. coli privi della proteina MutS, MutH o MutL hanno un tasso più elevato di mutazioni spontanee rispetto alle cellule wild-type. I ceppi che non possono sintetizzare la Dam metiltransferasi hanno anche un alto tasso di mutazioni spontanee. Poiché alcuni ceppi non possono metilare le adenine all'interno delle sequenze GATC, il sistema di riparazione del mismatch MwfHLS non può distinguere tra il modello e il filamento appena sintetizzato e quindi non può riparare in modo efficiente le basi non corrispondenti.

Un meccanismo simile ripara le lesioni derivanti dalla depurinazione, la perdita di una base guanina o adenina dal DNA risultante dalla scissione del legame glicosidico tra il desossiribosio e la base. La depurinazione avviene spontaneamente ed è abbastanza comune nei mammiferi. I siti apurinici risultanti, se non riparati, generano mutazioni durante la replicazione del DNA perché non possono specificare la base accoppiata appropriata. Tutte le cellule possiedono endonucleasi apuriniche (AP) che tagliano un filamento di DNA vicino a un sito apurinico. Come per la riparazione del disadattamento, il taglio viene esteso dalle esonucleasi e il gap risultante viene quindi riparato dalla DNA polimerasi e dalla ligasi.

Meccanismo # 7. Dimeri di pirimidina indotti da fotoriattivazione UV:

La correzione diretta della parte danneggiata può avvenire anche nella riparazione dei dimeri di timina indotti dalla luce UV. Con questo processo di fotoriattivazione o riparazione della luce, i dimeri vengono riportati direttamente alla forma originale mediante esposizione alla luce visibile nell'intervallo 320-370 nm. La fotoriattivazione è catalizzata da un enzima chiamato fotoliasi codificato dal gene phr. Quando questo dimero viene attivato da un fotone di luce, divide il dimero. I ceppi batterici con mutazioni nel gene phr sono difettosi nella riparazione della luce. La fotoliasi è stata segnalata nei procarioti e negli eucarioti inferiori, ma non nell'uomo. I batteri sperimentali vengono tenuti al buio per evitare la fotoriattivazione del DNA mutato (Fig. 10.6).


Quale frequenza di luce UV danneggia il DNA? - Biologia

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Deceduto 27/12/14 [Necrologio]

1. Introduzione
La fotoriattivazione (PR) è il recupero dal danno biologico causato dalla radiazione UV-C (180-290 nm) o dalla radiazione UV-B (290-320 nm) mediante trattamento simultaneo o successivo con luce di lunghezza d'onda maggiore (luce PR). I primi scrittori usavano spesso la vecchia terminologia dei raggi UV lontani (

Kelner (1951) ha ottenuto spettri d'azione per PR di uccisione in entrambi E. coli Marca S. griseo. Il primo ha mostrato un picco a 375 nm e nessun effetto sopra i 476 nm, mentre S. griseo ha mostrato un picco a 435 nm, senza alcun effetto sopra i 494 nm il picco a 435 nm ha suggerito la porfirina come possibile cromoforo per PR in S. griseo. Dulbecco (1950) ha ottenuto uno spettro d'azione per PR di uccisione del fago T2 in E. coli, in cui l'intervallo era 313-436 nm, con un picco a 366 nm. Questi spettri di azione PR coinvolgevano lunghezze d'onda più lunghe dell'assorbimento noto di T2, e quindi mostravano che il cromoforo per PR deve essere nel batterio e non nel fago (questo era prima che gli esperimenti di Hershey-Chase 1952 mostrassero che solo il DNA fagico entra nell'ospite cellula). In seguito suggerì (Dulbecco, 1955) che PR in E. coli e Streptomices potrebbero entrambi essere prodotti da un cromoforo flavino.

Jagger e Latarjet (1956) ottennero spettri d'azione più precisi per PR di uccisione in E. coli B/r e fago T2 in B/r (Figura 2), utilizzando un monocromatore a doppio prisma a doppia traversa al quarzo, che aveva un'elevata discriminazione di banda (doppi prismi) e nessuna dispersione rotatoria (doppia traversa). Hanno usato una sorgente ad arco di mercurio ad alta pressione, con diverse linee di emissione, ma con uno sfondo continuo a minore intensità tra quelle linee da cui le bande di lunghezza d'onda potrebbero essere selezionate dal monocromatore senza interferenze da linee di mercurio adiacenti più intense. Gli spettri d'azione per i due sistemi erano molto simili (picchi a 350 e 380 nm), indicando che il cromoforo per PR dell'uccisione batterica era lo stesso dell'uccisione fagica. L'intervallo di efficacia era 313-475 nm, ma con piccole valli per E. coli a 334 nm e per E. coli e T2 a 366 nm ulteriori esperimenti hanno eliminato la possibilità che queste valli risultassero dalle intensità relativamente elevate delle righe di emissione dell'arco di mercurio a quelle lunghezze d'onda. La valle a 366 nm è stata successivamente spiegata in termini di "PR indiretto" (vedi Sezione 5c).

3. Studi successivi in ​​vitro

Scoperta dell'enzima PR. La prima prova evidente che i geni potrebbero essere fatti di DNA è stata dimostrata dalla classica scoperta di Avery, MacLeod e McCarty (1944) che il principio di trasformazione dello pneumococco era il DNA. La conferma di questa conclusione fu il lavoro di Hershey e Chase (1952) che mostrava che solo il DNA del fago è entrato nel batterio, dimostrando che i geni dei fagi sono fatti di DNA e non di proteine.

Una volta noto il risultato di Hershey-Chase, si è potuto vedere che la scoperta di Dulbecco del 1950 sulla fotoriattivazione del fago ha mostrato che il danno fotoriattivabile potrebbe risiedere nel DNA. La prova finale è venuta dal rapporto di Rupert, Goodgal e Herriott (1958) che trasformando il DNA di Hemophilus influenzae potrebbe essere fotoriattivato da estratti di entrambi E. coli o lievito di birra (S. cerevisiae). Il principio attivo conteneva un agente simile a un enzima chiamato "enzima PR".

Ulteriori lavori di Rupert (1962a, b) hanno mostrato che l'enzima PR si combina con il DNA irradiato da UV-C, ed è quindi stabilizzato contro l'inattivazione da calore e metalli pesanti. Il legame e la stabilizzazione vengono entrambi eliminati dall'azione della luce PR, che porta alla riparazione del DNA e al rilascio di enzimi. Questo lavoro ha rivelato il meccanismo generale della fotoriattivazione e ha aperto la strada a futuri studi molecolari.

Natura della lesione del DNA fotoriattivabile. Tutte le basi degli acidi nucleici assorbono i raggi UV-C e ne vengono danneggiate. Le pirimidine sono dieci volte più sensibili delle purine e quindi sono siti primari di danno.

Nel 1958, Beukers, Ijlstra & Berends fecero la scoperta seminale della produzione UV-C di dimeri di timina in una soluzione congelata di timina (vedi anche Beukers & Berends, 1960). I dimeri sono stati formati dalla produzione di un anello ciclobutano che coinvolge i 5,6 doppi legami di due timine. Ciò ha comportato la perdita del picco di assorbimento di 260 nm. È stato riscontrato che l'irradiazione successiva alla stessa lunghezza d'onda UV-C della preparazione di timina scongelata rompe il dimero, ripristinando le timine originali e il picco di assorbimento di 260 nm (fotoinversione). Nel 1962, Wulff e Rupert hanno dimostrato che più del 90% dei dimeri di timina vengono eliminati dalla trasformazione del DNA dall'enzima PR del lievito. Questa è stata la prima dimostrazione che i dimeri di timina hanno causato danni biologici. Nel DNA il dimero di timina collegherebbe due timine parallele, disposte una sopra l'altra, nello stesso filamento della doppia elica.

Era noto da tempo che le cellule irradiate con UV-C possono riprendersi da alcuni dei danni mediante trattamenti dopo l'irradiazione, come il mantenimento delle cellule in un mezzo non nutritivo a temperatura ambiente (recupero della ritenzione di liquidi), o per la natura del il mezzo di placcatura (vedi Jagger, 1967). Nel 1963, R.B. Setlow et al. scoperto che i blocchi indotti dai raggi UV alla sintesi del DNA in E. coli, mostrati per la prima volta da Kelner (1953), sono permanenti nel ceppo altamente sensibile ai raggi UV E. coli B s-1 , mentre nel ceppo resistente ai raggi UV B/r sono solo temporanei. Hanno scoperto che il recupero della sintesi del DNA al buio non deriva dalla scissione del dimero, suggerendo che sono stati fisicamente rimossi dal DNA. Questo è stato il primo suggerimento di riparazione oscura per escissione del DNA.

A conferma di questa idea, R.B. Setlow & Carrier (1964) hanno scoperto che, durante il periodo di recupero al buio dal trattamento UV-C, i dimeri scompaiono dal DNA del ceppo resistente alle radiazioni B/r di E. coli, ma si spostano come oligonucleotidi dalla frazione acido-insolubile a quella acido-solubile delle cellule. Non sono fotoriattivabili nella frazione acido-solubile. Nel ceppo sensibile ai raggi UV E. coli B s-1 , i dimeri rimangono insolubili e fotoriattivabili. Risultati simili in E. coli I ceppi K-12 sono stati segnalati da Boyce e Howard-Flanders (1964) quasi contemporaneamente. Queste sono state le prime segnalazioni di riparazione per escissione di nucleotidi (NER), chiamata anche riparazione con taglio e patch. Implica la rimozione di brevi segmenti del filamento di DNA contenente il danno UV-C, seguito da un cerotto che utilizza le informazioni sulla sequenza sull'altro filamento. Questa scoperta è stata di grande importanza, poiché è stato l'inizio della conoscenza dei meccanismi di riparazione del buio, ora noti per essere importanti per altri tipi di danno al DNA rispetto ai dimeri (vedi modulo sulla fotobiologia di base delle radiazioni ultraviolette).

Uccisione e fotoriattivazione di Streptomyces griseus conidi sono stati misurati da Jagger et al. (1967), utilizzando radiazioni UV-V e UV-C (150-270 nm). La fotoriattivazione è scesa a zero a 180 nm, suggerendo che i CPD non venivano più prodotti al di sotto di questa lunghezza d'onda. Preiss e R.B. Setlow (1956) avevano precedentemente dimostrato che le sezioni trasversali di assorbimento del DNA e delle proteine ​​non erano significativamente differenti a lunghezze d'onda inferiori a 220 nm.


4. Il meccanismo fotochimico
Considerando che l'enzima PR rompe i legami carbonio-carbonio (formando un anello ciclobutano), Minato e Werbin (1972) hanno proposto di chiamarlo fotoliasi. Nel corso degli anni, è stato purificato in vari gradi da estratti cellulari. Il primo di questi fu di Minato & Werbin (1971), che lo purificarono 70.000 volte da 50 libbre di lievito di birra (S. cerevisiae). Nel 1980, Iwatsuki et al. hanno concluso che la flavina adenina dinucleotide ridotta (FADH) è un cromoforo nella fotoliasi del lievito.

Schild et al. (1984) clonarono il gene, PHR1, di S. cerevisiae e determinato la sua posizione sulla mappa. Hanno anche isolato un plasmide contenente un inserto di DNA che ha dimostrato di ripristinare la PR in a PHR1 sforzo. Hanno dimostrato che il plasmide contiene il gene PHR1 piuttosto che un soppressore del PHR1 mutazione.

In lavori successivi, utilizzando tecniche di DNA ricombinante, G.B. Sancar et al. (1987) hanno ottenuto quantità in mg della fotoliasi di lievito PHR1 a purezza >95%. Questo è stato prodotto in E. coli cellule da un plasmide contenente il PHR1 gene di S. cerevisiae. Questa fotoliasi quasi pura ha permesso la caratterizzazione molecolare del/i cromoforo/i della fotoliasi. La proteina ha mostrato uno spettro di assorbimento con un picco a 377 nm e valle a

320 nm, caratteristica di FAD 1,5-ridotta. L'ebollizione (per denaturare la proteina) e la centrifugazione hanno poi rivelato nel surnatante una tipica flavina ossidata con un ulteriore picco di assorbanza inferiore a 450 nm. Ulteriori studi hanno dimostrato che il E. coli la fotoliasi, come quella del lievito, contiene un singolo cofattore FAD ridotto legato in modo non covalente.

G.B. Sancar (2000) delinea lo sviluppo delle nostre conoscenze sui meccanismi fotochimici. Tutte le fotoliasi studiate fino ad oggi sono proteine ​​monomeriche di peso molecolare 55-65 kDa e contengono due cromofori. Uno è il molecola antenna, e l'altro è sempre l'anione FAD ridotto (FADH - ), che è il cofattore del sito attivo dell'enzima. Un cromoforo dell'antenna è il 5,10-metenil tetraidrofolato (MTHF), che si trova nei batteri E. coli e Bacillus firmuse i funghi Saccharomyces cerevisiae e Neurospora crassa (la "classe dei folati"). Un altro cromoforo antenna è l'8-idrossi-5-deazariboflavina (8-HDF), espresso nell'archebatterio Methanobacterium thermoautotrophicum, l'actinobatterio Streptomyces griseus, il cianobatterio Anacystis nidulans, e l'alga Scenedesmus acutus (la "classe flavina").

Aziz Sancar (1994, 1996) e Kao et al.(2005) descrivono i trasferimenti di energia coinvolti nelle azioni dei cromofori per PR (Figura 4). La luce PR viene assorbita da una molecola antenna, che poi trasferisce la sua energia di eccitazione a FADH - , formando FADH -* eccitato. La flavina eccitata giace adiacente al dimero pirimidinico a cui trasferisce un elettrone, rompendo l'anello ciclobutano del dimero e lasciando la flavina come radicale ridotto allo stato fondamentale (FADH * ). Il riarrangiamento elettronico riporta le basi del DNA alla normalità, nel processo trasferendo un elettrone al radicale flavinico ridotto, ripristinando il cofattore flavinico del sito attivo (FADH - ). È importante notare che la luce PR può essere assorbita da una molecola antenna e/o dal cofattore del sito attivo FADH - (G.B. Sancar et al., 1987).

Nel 1995 Park et al. determinato la struttura cristallografica tridimensionale del E. coli Fotoliasi CPD a una risoluzione di 2.3 Å. [Vedi G.B. Sancar (2000) per la foto a colori dell'intero E. coli fotoliasi e il dominio di legame al DNA della fotoliasi di lievito.] Questo e il lavoro di A. Sancar (1994, 1996) e di Van de Berg e G.B. Sancar (1998) ha rivelato che la fotoliasi ribalta il dimero pirimidinico fuori dalla doppia elica del DNA per inserirsi in un foro nel sito attivo della proteina (Figura 4). Il dimero manca del normale legame idrogeno delle basi con i loro partner sull'altro filamento di DNA e, avendo perso la sua aromaticità di base, ha interazioni di impilamento inferiori con le basi adiacenti nello stesso filamento, consentendo così una rotazione relativamente facile del dimero e dei suoi zuccheri ribosio attorno ai singoli legami dello scheletro fosfatico e fuori dalla doppia elica.

La fotoliasi di E. coli ripara il DNA rilassato e superavvolto con uguale efficienza (G.B. Sancar et al., 1985). La velocità di riparazione del DNA nelle cellule da parte della fotoliasi è molto più lenta nelle regioni contenenti nucleosomi. È anche più lento in un gene trascrizionalmente attivo, apparentemente bloccato dalla RNA polimerasi (G.B. Sancar, 2000). L'analisi dello spettro d'azione di Payne e Sancar (1990) ha mostrato che il DNA a singolo e doppio filamento viene riparato dal E. coli fotoliasi con la stessa resa quantica complessiva e che FADH - può fungere da cromoforo con efficienza quasi uguale a MTHF, il picco dello spettro d'azione a 380 nm (Figura 5) che riflette l'assorbimento di entrambi MTHF e FADH - cromofori.

Il trasferimento di energia di eccitazione da MTHF a FADH - avviene per risonanza Förster senza radiazioni sui 17 Å che separa le due molecole, con un'efficienza di circa il 70%. La molecola dell'antenna di classe flavina, 8-HDF, è circa alla stessa distanza, ma è meglio allineata con FADH - , mostrando un'efficienza del 98% del trasferimento Förster (Beukers et al., 2008, A. Sancar, 2008) .

Le fotoliasi sono state ora purificate dai batteri E. coli, S. griseo, e Anacystis nidulans, l'archebatterio M. termoautotrophicum, il lievito S. cerevisiae, e l'alga S. acutus. I geni della fotoliasi sono stati clonati e sequenziati per tre di questi organismi, nonché dall'archebatterio Halobacterium halobium (vedi G.B. Sancar, 1990). Vedere la Figura 5 per gli spettri di azione.

Un'ampia revisione della fotoriattivazione, in particolare del lavoro dei ricercatori della Delft Technological University nei Paesi Bassi, è stata pubblicata da Beukers et al. nel 2008. Ciò include studi dettagliati sui cristalli della fotoliasi CPD (classe flavina) di Anacystis nidulans, mostrando stretti paralleli con la struttura del E. coli fotoliasi (classe dei folati). Mostrano anche una notevole visualizzazione mediante spettroscopia a forza atomica del E. coli fotoliasi legata a frammenti di ds-DNA di 830 bp, il che suggerisce che la fotoliasi scivoli lungo il DNA fino a trovare una piega di 30 o contenente il CPD.

un. Riparazione di (6-4) fotoprodotto. Il principale fotoprodotto UV-C nel DNA è il ciclobutano pirimidina dimero (CPD), che in genere rappresenta circa il 75% dei fotoprodotti UV-C nel DNA. Il secondo fotoprodotto del DNA più comune è la 6-4'-pirimidin-2'-one pirimidina, chiamata fotoprodotto (6-4) (Figura 3), scoperta da Varghese e Wang (1967) in Streptomices ceppi, che in genere rappresentano circa il 25% dei fotoprodotti UV-C (vedi Kim et al., 1994). Il fotoprodotto (6-4) ha un assorbimento massimo a

320 nm e un picco a 400 nm, che cade tra i picchi per le fotoliasi di classe flavina e folati (vedi Figura 5). (Da Kim et al., 1994)

Alte dosi di luce a 313 nm convertono il fotoprodotto T(6-4)T nel suo isomero Dewar, che è soggetto alla riparazione per escissione dei nucleotidi (NER), ma non alla riparazione della fotoliasi. In condizioni di luce solare, varie quantità di fotoprodotto UV-C dovrebbero essere nella forma Dewar.

Nel 1993 Todo et al. scoperto una (6-4) fotoliasi in Drosophila melanogaster. Kim et al. (1994) hanno mostrato che il fotoprodotto (6-4), ma non il suo isomero Dewar, è il substrato per questo enzima, che l'efficienza di riparazione per fotone incidente è molto bassa rispetto alle fotoliasi CPD e che lo spettro d'azione ha un massimo a 400 nm e un minimo intorno a 320 nm (Figura 6). Questo spettro d'azione riflette anche la scoperta successiva di Todo et al. (1996) che un gene per Drosophila (6-4) la fotoliasi codifica sia un cromoforo folato (massimo 380 nm) che un cromoforo flavino (massimo 440 nm) (vedi Figura 5).

Come le fotoliasi CPD sia della classe dei folati che della classe dei flavini, la (6-4) fotoliasi di D. melanogaster ripristina le pirimidine originali dopo la riparazione. Sembra ripararsi attraverso lo stesso intermedio instabile dell'anello di ossetano prodotto durante la formazione del fotoprodotto (6-4) (Kim et al., 1994). La (6-4) fotoliasi non si lega ai CPD. Nel 2001, Hitomi et al., lavorando con la (6-4) fotoliasi della rana Xenopus laevis, hanno mostrato che due istidine della catena proteica, non presenti nelle fotoliasi CPD, sono essenziali per il meccanismo della fotoliasi (6-4), forse stabilizzando la formazione dell'intermedio ossetano.

(6-4) Finora sono state trovate fotoliasi solo in alcuni eucarioti superiori e DNA complementari sono stati clonati da D. melanogaster, X. laevis, danio rerio e A. thaliana (vedi Hitomi et al., 2001). Xiphophorus signum (platyfish) mostra l'induzione del fotoprodotto (6-4) da parte di UV-C a una frequenza molto più bassa dell'induzione della CPD, ma la PR della CPD era rapida e il doppio della velocità della PR del fotoprodotto (6-4) (Meador et al., 2000 ).

Jagger et al. (1970) hanno determinato uno spettro d'azione per PR di uccisione in Streptomyces griseus che mostrava il picco maggiore a 436 nm originariamente osservato da Kelner, e un nuovo picco a 313 nm (per una rassegna, vedi Jagger, 2004). Entrambi S. coelicolor e un PHR1 mutante di S. griseo ha mostrato anche il picco di 313 nm, ma nessun PR al di sopra di 405 nm. Il picco PR di 313 nm in tutti e tre i ceppi ha mostrato poca o nessuna dipendenza dalla temperatura o dalla dose della luce PR. Lavori successivi hanno mostrato una rapida perdita del fotoprodotto (6-4) a 313 nm in tutti e tre i ceppi, ma senza alcun effetto sull'uccisione nel wild type (vedi Ikenaga et al., 1971). In S. coelicolor e S.griseus PHR1, che sembrano mancare di fotoliasi CPD, questi effetti a 313 nm sembravano essere un'azione fotochimica diretta sul fotoprodotto (6-4). Hanno chiamato questo nuovo tipo di fotoinversione diretta Tipo III PR. A sostegno di questa interpretazione è che (6-4) fotoliasi non è stata trovata nei procarioti (Hitomi et al., 2001).


B. Fotoriattivazione citoplasmatica. Alcuni studi sulla PR citoplasmatica sono risultati negativi. Ad esempio, von Borstel & Wolff (1955) non trovarono alcun PR di schiudibilità delle uova della vespa Habrobracon dopo irradiazione citoplasmatica con UV-C. Le uova venivano irradiate quando il nucleo era vicino ad una superficie dell'uovo, in modo da poter irradiare sia il lato nucleare, sia, capovolgendo l'uovo, il lato citoplasmatico, quando il nucleo sarebbe stato schermato dal citoplasma.

Tuttavia, Jagger et al. (1969) cellule viventi irradiate di ameba proteus con un raggio di radiazioni UV-C seguito da luce PR. Le amebe sono state appiattite sotto un coprioggetto, in modo che sia il nucleo che il citoplasma potessero essere irradiati con poca sovrapposizione, eliminando così la schermatura del nucleo da parte del citoplasma. L'uccisione mediante UV-C delle amebe appiattite risulta ugualmente dal danno al nucleo e al citoplasma, mentre il ritardo della divisione deriva quasi interamente dal danno citoplasmatico. Nelle amebe non appiattite, entrambi gli effetti sono dovuti al danno citoplasmatico, dovuto alla schermatura citoplasmatica del nucleo. Sia l'uccisione che il ritardo della divisione hanno mostrato un PR significativo dopo l'irradiazione nucleare, ma un PR molto più grande di entrambi gli effetti dopo l'irradiazione citoplasmatica. Questa è stata una chiara dimostrazione di PR citoplasmatica, presumibilmente dovuta in gran parte agli effetti sul DNA dei mitocondri, che in seguito hanno dimostrato di avere fotoliasi (Green & MacQuillan, 1980). Nel lievito, S. cerevisiae, Prakash (1975) ha scoperto che il trattamento con PR determinava una diminuzione dei dimeri sia dal DNA nucleare che da quello mitocondriale. lisati mitocondriali di Xenopus laevis Gli ovociti mostrano sia la fotoriattivazione che la riparazione per escissione del DNA irradiato da UV-C (Ryoji et al., 1996).

Il PR citoplasmatico potrebbe anche essere dovuto in parte all'azione sull'RNA transfer o sull'RNA ribosomiale. Il citoplasma di A. proteus contiene molto più RNA del DNA. Neanche il PR dell'RNA è stato studiato molto in vivo o in vitro. I dimeri di uracile e citosina sono scissi dalla fotoliasi del lievito, ma con un'efficienza inferiore rispetto ai dimeri di timina (vedi Sezione 3). Le fotoliasi del DNA funzionano sia sull'RNA che sul DNA (Kim & Sancar (1993), e il DNA a singolo filamento è altamente fotoriattivabile (Payne e Sancar (1990). La scoperta che le tiouridine in alcuni tRNA batterici sono cromofori e bersagli per il ritardo di crescita indotto da lunghezze d'onda a partire da 310 nm (Sezione 5c) mostra che il tRNA può essere un bersaglio UV-B.

Ci sono pochi studi sulla PR nei virus delle piante, la maggior parte dei quali contiene RNA a singolo filamento. Il virus del mosaico del tabacco non è fotoriattivabile quando intatto, ma il suo RNA mostra inattivazione e PR quando separato dal rivestimento proteico, nella cui forma è cinque volte più sensibile ai raggi UV-C del virus intatto (vedi Jagger, 1967). Bawden & Kleczkowski (1952) hanno osservato un piccolo PR del virus acrobatico cespuglioso del pomodoro sferico nelle foglie di Nicotiana glutinosa e virus della necrosi del tabacco nel fagiolo francese (Phaseolus vulgaris).


C. Fotoprotezione e fotoriattivazione indiretta. Il fenomeno della fotoprotezione, in cui lunghezze d'onda della luce più lunghe fornite prima dell'esposizione ai raggi UV-C possono comportare una maggiore sopravvivenza, è stato scoperto da Weatherwax (1956) in E. coli. (Questo non deve essere confuso con lo stesso termine in fotomedicina, che è una protezione chimica contro le radiazioni.) Jagger (1960) ha mostrato che il tasso di fotoprotezione in E. coli B ha solo una leggera dipendenza dalla temperatura e nessuna dipendenza dalla velocità di dose della luce PR, indicando che è diversa dalla PR enzimatica. Le lunghezze d'onda effettive sono nell'intervallo 310-400 nm, con un solo picco a 340 nm (Jagger & Stafford, 1962).

Era noto da tempo che la radiazione UV-A (320-400 nm) potrebbe indurre un ritardo di crescita in E. coli (Hollaender, 1943). Lo spettro d'azione per tale ritardo di crescita in E. coli B è stato trovato da Jagger et al. (1964) per essere identico allo spettro d'azione per la fotoprotezione, suggerendo che la fotoprotezione opera inducendo un ritardo di crescita. Un tale ritardo potrebbe fornire più tempo per la riparazione al buio, come indicato dalla scoperta di una completa sovrapposizione di fotoriattivazione e recupero della ritenzione di liquidi in E. coli B (Castellani et al., 1964).

Ramabhadran e Jagger (1975) successivamente hanno mostrato che il ritardo di crescita indotto da UV-A non era fotoriattivabile e non era influenzato dai sistemi di riparazione al buio. Ciò ha dimostrato che il danno al DNA non era coinvolto.

Nel 1969 Favre et al. ha mostrato che l'irradiazione a 334 nm di E. coli Il tRNA produce un addotto tra la 4-tiouridina, un nucleotide insolito che si trova in alcuni tRNA batterici, e un residuo di citidina vicino, ma non adiacente, nel tRNA. Questo addotto 4-tiouridina-citidina impedirebbe la carica di aminoacidi del tRNA e quindi ridurrebbe la sintesi proteica. Ramabhadran (1975) ha mostrato che lo spettro di assorbimento di E. coli valyl tRNA, che contiene 4-tiouridina, corrispondeva molto strettamente agli spettri di azione per il ritardo della crescita e per l'inibizione della sintesi netta dell'RNA e ha concluso che il cromoforo e il bersaglio per il ritardo di crescita indotto da UV-A nella crescita attiva E. coli era probabilmente 4-tiouridina nell'RNA di trasferimento. Ciò è stato confermato da Thomas e Favre (1975) in E. coli K-12, che ha dimostrato che la quantità di tRNA reticolato è strettamente correlata al ritardo della crescita, e da Ramabhadran e Jagger (1976), che hanno dimostrato che l'irradiazione UV-A di E. coli inattiva parzialmente alcune specie di tRNA. Questo viene interpretato dalla cellula in modo simile a quello della fame di aminoacidi, causando un aumento temporaneo dei livelli di guanosina tetrafosfato (ppGpp) e l'interruzione della sintesi netta di RNA, con conseguente ritardo della crescita. Tsai e Jagger (1981) hanno scoperto che i mutanti privi di 4-tiouridina non mostravano fotoprotezione. Poiché il ritardo della crescita è responsabile della fotoprotezione, ne consegue che un cromoforo e un bersaglio sia per il ritardo di crescita indotto da UV-A che per la fotoprotezione in E. coli è 4-tiouridina nel tRNA.

Lavori successivi di Favre e collaboratori (Thomas et al., 1981 Thiam e Favre, 1984) hanno mostrato un breve ritardo di crescita indotto da UV-A in E. coli nuv - , che manca di 4-tiouridina. Tuttavia, questo ceppo mostra un notevole aumento di ppGpp. Ha un altro cromoforo tRNA, 5-metilamminometil-2-tiouridina, indotto dalle lunghezze d'onda UV-A
- mostra PR a 334 nm ma non a 405 nm e mostra velocità di dose e indipendenza dalla temperatura. Questo PR è quindi indistinguibile dalla fotoprotezione e dal ritardo della crescita. Poiché la PR è definita come "recupero dal danno biologico causato dalla radiazione UV-C mediante trattamento simultaneo o successivo con luce di lunghezza d'onda maggiore", hanno chiamato questo fotoriattivazione indiretta (poi PR di tipo II). Pertanto, la PR indiretta non è enzimatica ed è dovuta all'induzione di un ritardo di crescita che consente più tempo per la riparazione del buio.

Lavori successivi (Jagger et al., 1969) hanno mostrato che tutte le PR in E. coli Bphr - , e parte del PR nel ceppo B, non comporta la scissione del dimero di timina e quindi non utilizza la fotoliasi. I loro spettri di azione (per la revisione, vedere Jagger, 2004) hanno mostrato che PR a lunghezze d'onda inferiori a 366 nm in fase logaritmica affamata E. coli B/r potrebbe essere spiegato come il 20% di PR diretto (enzimatico) e l'80% di PR indiretto (non enzimatico). Questo spiegava la valle di 366 nm nello spettro di azione di Jagger e Latarjet (Figura 2) per PR in fase di log affamato E. coli B/r, dove PR indiretto (picco a 340 nm) rappresenta la maggior parte del PR a lunghezze d'onda inferiori a 366 nm, mentre la fotoliasi PR spiega la maggior parte del PR sopra i 366 nm. Tuttavia, non spiegava la valle a 334 nm di Jagger & Latarjet (1956).

Coerentemente con ciò, hanno ottenuto uno spettro d'azione per PR di fase stazionaria E. coli B s-1 (carente nella riparazione del buio) che mostra un singolo massimo a 380 nm (vedi Jagger, 2004). Non contiene nessuna delle valli trovate da Jagger e Latarjet (Figura 2) per la fase logaritmica E. coli B/r
a 334 nm e 366 nm. Poiché il ceppo B s-1 non mostra alcuna riparazione al buio, non dovrebbe mostrare nemmeno PR indiretto, quindi il PR in questo organismo dovrebbe riflettere il vero spettro d'azione del E. coli CPD fotoliasi (classe dei folati), che è coerente con gli spettri di azione successivi (vedi Figura 5).

La fotoprotezione è meno diffusa della fotoriattivazione. È stato trovato in E. coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureuse i protozoi ameba proteus e Colpidium colpoda, ma non in Streptomyces griseus e Saccharomyces cerevisiae (Jagger & Stafford, 1962).

La fotoprotezione e la PR indiretta sono probabilmente importanti solo nei sistemi che non hanno già un ritardo di crescita incorporato (consentendo più tempo per la riparazione del buio), ad esempio in caso di fame o nella fase di crescita stazionaria. I risultati negativi riportati nel 1962 da Jagger e Stafford avrebbero potuto essere positivi se si fosse prestata maggiore attenzione alle condizioni di crescita, poiché il ruolo del ritardo della crescita nella fotoprotezione è stato mostrato solo più tardi nel 1964.

Mentre i CPD e i fotoprodotti (6-4) possono rappresentare gran parte del PR in molte cellule, effetti come il PR indiretto possono complicare il quadro, come illustrato dall'analisi successiva (descritta sopra) dell'originale E. coli Spettro d'azione PR di Jagger e Latarjet.


D. Gamma biologica di fotoriattivazione. Gli intervalli biologici di PR sono stati riportati in diverse fonti, tra cui Jagger (1958, 1967), Cook & McGrath (1967), A. Sancar (1994) e Goosen & Moolenaar (2008).

La fotoliasi CPD è stata trovata in un'ampia varietà di batteri e archaea, ma ci sono notevoli eccezioni. Non è stato trovato in Bacillus subtilis o Hemophilus influenzae, o nell'archeon Methanococcus vannielii. Si trova nei funghi Neurospora crassa e Saccharomyces cerevisiae, ma non in Schizosaccharomyces pombe.

Solo il 25% degli archaea analizzati contiene un gene della fotoliasi. Quattro specie di archaea contengono UVDE, ma solo una (Sulfolobus acidocaldarius) ha sia UVDE che fotoliasi. Tutte le specie nell'ordine Alobatteri hanno più di un omologo della fotoliasi, e tutti e tre i geni di escissione NER, e pochi like Haloarcula marismortui contengono tutti e quattro i tipi dell'enzima riparatore sopra elencati, proprietà forse essenziali per gli organismi che vivono in condizioni estreme di calore e salinità. Non sorprende che meno specie di acque profonde abbiano fotoliasi.

Goosen e Moolinaar (2008) notano che le fotoliasi sono state i primi enzimi di riparazione e si sono evolute molto presto nell'evoluzione, poiché i primi procarioti avrebbero avuto bisogno di protezione contro i raggi UV solari prima che si sviluppasse l'ozono stratosferico. Gli omologhi della fotoliasi CPD si trovano solo nel 50% circa degli eubatteri studiati, suggerendo la perdita genica, che potrebbe essere avvenuta dopo la loro invasione degli eucarioti, dove molti non sarebbero più esposti a UV-A e UV-B (sebbene E. coli ha fotoliasi). Suggeriscono inoltre che, poiché il 50% dei batteri che hanno proteine ​​di escissione UvrABC per la riparazione del buio hanno anche fotoliasi CPD, le proteine ​​NER potrebbero essersi evolute principalmente per la riparazione di fotoprodotti (6-4) e altri tipi di danni non indotti dai raggi UV. . Suggeriscono che i criptocromi (flavoproteine ​​coinvolte nelle funzioni di controllo) si siano evoluti dalle fotoliasi, poiché i criptocromi si verificano solo raramente nei procarioti.

La fotoriattivazione della CPD si trova nei protozoi ameba proteus e Colpidium colpoda, e nelle piante Arabidopsis thaliana e Scenedesmus acutus (alga). Si trova in un'ampia varietà di animali, anche se spesso solo in alcuni tessuti. Non si trova nel nematode Caenorhabditis elegans. È stato trovato in mammiferi non placentari, incluso il canguro di ratto Tridactylus poroso (Harm, 1978) e l'opossum Monodelphus domestica (Ley, 1984).

Nonostante i primi rapporti contrari, le prove attuali indicano che gli esseri umani non hanno la DNA fotoliasi. Li et al.(1993) hanno scoperto che, mentre la fotoliasi CPD era facilmente rilevabile nelle cellule di E. coli e lievito, e negli estratti privi di cellule di serpente a sonagli, nessuno è stato rilevato negli estratti privi di cellule di cellule HeLa o globuli bianchi umani, utilizzando un test in grado di rilevare 10 molecole di fotoliasi per cellula. E Chigancas et al. (2000) hanno scoperto che le cellule HeLa mostravano PR solo dopo l'introduzione di un gene fotoliasi da Tridactylus poroso, dimostrando così che le loro condizioni sperimentali per il trattamento PR delle cellule HeLa consentirebbero PR se fosse presente una fotoliasi. Infine, il sequenziamento del genoma umano è ora completo e tutte le sequenze che sembrano codificare per proteine ​​simili alla fotoliasi sono rappresentate dai criptocromi.

Dimeri pirimidinici indotti da UV (280-400 nm, picco a 313 nm) nell'epidermide di Monodelphis domestica, un piccolo opossum sudamericano, sono stati rimossi mediante trattamento con luce PR (Ley, 1984). Tale trattamento ha portato anche alla fotoriattivazione dell'eritema (Ley, 1985).

Hart et al. (1977) hanno riportato che i tumori della tiroide che si sono sviluppati da cellule tiroidee trapiantate irradiate con UV-C erano altamente fotoriattivabili nei piccoli pesci tropicali Poecilia formosa dimostrando che i dimeri di pirimidina possono indurre tumori. RB Setlow et al. (1989) in seguito trovarono che il trattamento PR di un ibrido platyfish-swordtail (Xiphophorus) ha ridotto l'incidenza del melanoma indotto da UV-B a livelli di fondo e Ley et al. (1989) hanno trovato PR di induzione di melanoma nella pelle di M. domestica. Questi risultati hanno mostrato che i CPD prodotti da UV-B o UV-C possono agire come agenti cancerogeni completi per l'induzione del melanoma. Cook & McGrath (1967) in precedenza non erano riusciti a trovare attività PR nella pelle del topo o del coniglio.


6. Retrospettiva
Nel 1944, il fisico Erwin Schrödinger scrisse il libro seminale, Cos'è la vita? (Cambridge University Press) in cui proponeva che una molecola complessa potesse contenere il codice genetico degli organismi viventi. All'inizio del XX secolo, Thomas Hunt Morgan aveva dimostrato che Drosophila i geni sono disposti in una sequenza lineare all'interno dei cromosomi. Inoltre, era ben noto che i geni mostravano una notevole stabilità, una necessità per l'evoluzione. Pertanto, Schrödinger sostenne che il materiale genetico doveva essere una molecola lineare di grande lunghezza e grande stabilità, poiché tale stabilità poteva essere raggiunta solo in quello che chiamò "un cristallo aperiodico". Questa è stata una grande intuizione e ha dato speranza che il gene possa un giorno essere compreso in termini di chimica e fisica.

Gli spettri di azione per l'uccisione batterica (Gates, 1930) e per l'uccisione e la mutazione delle spore fungine (Emmons & Hollaender, 1939) hanno mostrato picchi intorno a 265 nm, suggerendo che l'acido nucleico fosse il cromoforo per l'azione biologica UV. Erano cauti nelle loro interpretazioni né affermavano che il lavoro mostrasse che l'acido nucleico fosse il materiale genetico delle cellule. Così, Gates (1934) ha coperto le sue scommesse affermando che i suoi spettri d'azione per l'uccisione di Staphylococcus aureus e il suo fago era simile alle curve "per l'assorbimento specifico della luce ultravioletta da parte del protoplasma, delle proteine, di certi amminoacidi e nucleoproteine, e di certi enzimi". E Zelle e Hollaender (1955), conclusero (p. 415) che "un numero crescente di prove indica che una proporzione maggiore degli effetti delle radiazioni ultraviolette sui batteri sono indiretti e coinvolgono una catena di reazioni ampiamente sconosciuta che si verificano tra l'iniziale .assorbimento quantistico e il cambiamento letale o mutageno finale."

Così, Avery et al. (1944) e Hershey e Chase (1952) sono i veri scopritori del DNA come materiale genetico. Anche allora, fu una conclusione accettata a malincuore. Alcuni lavoratori sono rimasti fedeli all'idea che la proteina, a causa del suo alto contenuto di informazioni (20 amminoacidi) fosse il materiale genetico più probabile, con il DNA (solo 4 nucleotidi) che fungeva da impalcatura di supporto. I dubbiosi hanno affermato che una piccola quantità di proteine ​​era presente nel principio di trasformazione di Avery et al., (1944), e potrebbe aver portato l'informazione genetica.

Tuttavia, anche se il DNA è stato generalmente accettato come materiale genetico nel 1952, l'idea di una grande stabilità richiesta al genoma ha portato gli scienziati a ritenere che il DNA potesse essere modificato solo per mutazione da eventi energetici, come la ionizzazione da raggi X o cambiamento chimico da UV. L'idea che il DNA possa essere costantemente danneggiato da cose ordinarie come il metabolismo cellulare richiederebbe che il danno venga riparato frequentemente e accuratamente, una nozione in quel momento inconcepibile. Non si conoscevano sistemi molecolari in grado di riparare una molecola danneggiata.

La PR è stata scoperta per l'uccisione e la mutazione dei batteri da Albert Kelner (1949a). L'anno successivo, Dulbecco (1950) scoprì che i fagi T potevano essere fotoriattivati ​​all'interno dei batteri, indicando il DNA come molecola bersaglio per la PR. Eppure non è evidente che qualcuno pensasse che la PR potesse comportare la semplice riparazione del DNA da parte di un enzima. Molti primi studi presumevano che dovesse agire neutralizzando i veleni nel mezzo che ha danneggiato il DNA (ad esempio, Novick e Szilard, 1949).

Tutto questo è cambiato con il rapporto di Rupert et al. (1958) che si potrebbe produrre PR in vitro da una reazione enzimatica. Divenne improvvisamente evidente che il DNA poteva essere riparato direttamente e che la riparazione era accurata. In questo periodo stavamo diventando consapevoli delle fantastiche capacità delle DNA polimerasi e della complessità dei ribosomi. Quando le strutture delle fotoliasi divennero note negli anni '90, la capacità di questi enzimi di eseguire manovre così sorprendenti come il ribaltamento dei dimeri fuori dalla doppia elica del DNA, il trasferimento di energia per risonanza da cromofori distanti, seguito dalla riparazione redox dei dimeri, ricorda il capacità complesse dei centri di reazione fotosintetici e degli enzimi dei sistemi di trasporto degli elettroni del metabolismo ossidativo. Alcune molecole di riparazione UV-C, come UVDE, possono persino riparare più di un fotoprodotto UV-C, nonché diversi addotti non indotti da UV.

Molti dei primi ricercatori della fotobiologia erano motivati ​​da una considerazione filosofica: poiché la vita si è evoluta in un mondo di luce, devono esserci molte interazioni dei sistemi biologici con la luce, comprese le sistemazioni per i suoi effetti deleteri. L'umanità sa da secoli che la luce solare fornisce energia per la vita delle piante e sappiamo che, in ultima analisi, poiché tutti gli animali dipendono dalle piante da qualche parte nella catena alimentare, la fotosintesi è un elemento fondamentale energia requisito per la vita sulla Terra. Ora sappiamo che le strutture fotosintetiche delle piante sono notevolmente complesse, con molti cromofori che alimentano un centro di reazione fotosintetica (da cui i nostri bellissimi colori autunnali) e che la fotosintesi può funzionare con cofattori di base diversi dalla clorofilla.

La luce fornisce anche controllo dei processi biochimici, come nel fototropismo e nel fotoperiodismo. È ora evidente che alcuni sistemi di controllo utilizzano criptocromi nelle risposte alla luce blu delle piante, orologi circadiani nei moscerini della frutta e nei topi e forse magnetorecettori negli animali migratori. I criptocromi hanno una somiglianza molecolare con le fotoliasi del DNA, che svolgono riparazione di danni leggeri. Tutto ciò riflette la grande economia in natura dell'utilizzo di proteine ​​simili per funzioni ampiamente diverse (vedi A. Sancar, 2008).

Una funzione molecolare così complessa non era immaginata agli albori della fotobiologia. È stato un cambiamento di paradigma e dovrebbe metterci in guardia dal pensare troppo semplicemente al futuro della fotobiologia molecolare. Molto resta ancora da imparare.

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JOHN JAGGER
John Jagger è morto pacificamente il 27 dicembre. Era nato a New Haven CT il 22 febbraio 1924, figlio di Carrie Eleanor Van Sickels di East Haven CT e John William Jagger di New Haven CT. Aveva un fratello, William Alexander Jagger, deceduto nel 2000, di Hamden CT, e una sorella, Ruth May Tolman, deceduta nel 2004, di West Yarmouth MA. Ha studiato fisica allo Yale College dal 1946 al 1949, ha trascorso due anni nel dipartimento di fisica del Memorial-Sloan Kettering Cancer Center di New York City ed è tornato a Yale per ottenere il dottorato in biofisica nel 1954. Ha svolto ricerche post-dottorato al Radium Institute di Parigi, e poi ha lavorato nove anni nella Divisione di Biologia dell'Oak Ridge National Laboratory.

Nel 1965 si trasferì in Texas dove fu professore di biologia all'Università del Texas a Dallas per 21 anni. Nel 1956 a Oak Ridge ha sposato Mary Esther Gaulden, genetista delle radiazioni, morta nel 2007. Hanno avuto due figli, Thomas Alexander Jagger di Austin TX, e Yvonne Callahan di Flower Mound, e tre nipoti, Alexander John Jagger, Melanie Nicole Mellinger e Kyle Allen Mellinger. John e Mary Esther hanno vissuto con la loro famiglia a Dallas dal 1965 al febbraio 2006, quando si sono trasferiti al Rambling Oaks Assisted Living a Highland Village TX.

Si ritirò da UT-Dallas nel 1986 per lavorare e scrivere su problemi della scienza e della società. Negli anni '90 ha fatto parte del consiglio di amministrazione del Dallas Chapter di UNA-USA (United Nations), dell'Advocates Board of Advocates for Responsible Disposal in Texas (rifiuti nucleari) e del Council of the North Texas Chapter, Health Physics Society . Era attivo nella Hillcrest Forest Neighborhood Association, aiutando a organizzare e guidare un'organizzazione criminale.

John era un biofisico e fotobiologo. Ha lavorato principalmente sugli effetti della luce ultravioletta sui batteri. Alla UT-Dallas, lavorando con uno studente laureato, T.V. Ramabhadran, hanno scoperto il meccanismo del ritardo della crescita indotto dalla luce solare nei batteri. È stato editore della rivista Photochemistry and Photobiology per tre anni e presidente dell'American Society for Photobiology (1983-84), che lo ha premiato nel 1991 con un Lifetime Achievement Award. Ha scritto circa 70 articoli scientifici e 4 libri scientifici, tra cui Il leone nucleare: cosa ogni cittadino dovrebbe sapere sull'energia nucleare e la guerra nucleare (plenum, 1991) e Scienza e diritto religioso: cosa dovrebbero sapere gli americani su entrambi (iUniverse, 2010 ).

Ha anche pubblicato due libri personali: Cove Days: The Seaside Childhood of a Scientist (2002) e From Sea to Prairie: A Lifetime of Poems (2003). Amava l'aviazione, si formò e lavorò in ingegneria aeronautica durante la seconda guerra mondiale, e in Texas divenne pilota privato, con abilitazione strumentale. Gli piacevano anche gli sport acquatici, essendo cresciuto in riva al mare, dove ha nuotato e navigato in gioventù. Era particolarmente orgoglioso della sua piscina nel cortile di Dallas, che progettava e in cui nuotava ogni giorno. La famiglia ha partecipato a molte feste del quarto luglio lì. Con i loro figli, hanno viaggiato in molti luoghi negli Stati Uniti, in Europa e nei Caraibi in viaggi di vacanza di 3 settimane. Amavano la vita all'aria aperta e spesso facevano escursioni e si accampavano. A John piaceva leggere poesie per bambini e libri di avventura ai suoi figli e nipoti. Lui e Mary Esther hanno fatto viaggi annuali all'estero dal 1988 al 2002. Hanno visitato molti paesi in Europa, così come il Pacifico orientale, e hanno fatto un safari africano. Era un membro della First Unitarian Church di Dallas e dell'American Humanist Association. Ci sarà un servizio commemorativo sabato. 17 gennaio alle 12:00. presso la First Unitarian Church di Dallas, 4015 Normandy Ave. Dallas, TX 75025. È possibile effettuare donazioni a The Nature Conservancy of Texas.
Pubblicato su Dallas Morning News l'8 gennaio 2015


Procedura sperimentale

Note importanti prima di iniziare:

  • Questa procedura si basa sul manuale del kit "DNA Damage: Studying the Impact of UV Light" di Carolina Biological. Leggere il manuale prima di iniziare la procedura.
  • Per ogni fase della procedura, l'area di lavoro dovrebbe essere pulita e priva di correnti d'aria. Pulire la superficie con acqua saponata prima di lavorare con il terreno di coltura del lievito.
  • Dovrai eseguire questo esperimento quando c'è un po' di sole e un po' di luce a metà mattina, mezzogiorno o metà pomeriggio.
  • Dovrai verificare con il Comitato di revisione scientifica della tua fiera della scienza prima di iniziare questo esperimento, poiché si ritiene che il ceppo utilizzato contenga DNA ricombinante (rDNA). Per ulteriori informazioni, visitare i progetti che coinvolgono agenti biologici potenzialmente pericolosi e il comitato di revisione scientifica.

Versare i piatti YED

  1. Allentare il tappo della bottiglia di agar YED.
  2. Riscaldare la bottiglia in un microonde fino a quando il contenuto non è completamente sciolto.
    1. Arrestare il microonde per far girare la bottiglia ogni minuto circa per evitare che il contenuto trabocchi.
    1. Copriteli subito dopo averli versati in modo che i piatti rimangano sterili.
    2. Proteggi le tue mani con guanti resistenti al calore.
    3. Versare agar quanto basta per coprire il fondo di ogni piatto.
    4. Lascia che l'agar si indurisca a temperatura ambiente per una notte.

    Striature sul piatto principale

    1. Assicurati che la tua area di lavoro sia pulita e priva di correnti d'aria.
    2. Indossa un paio di guanti monouso per mantenere sterili gli stuzzicadenti. Apri una delle scatole di stuzzicadenti sterili fornite con il kit.
    3. Tocca la punta di uno stuzzicadenti su un'area in cui puoi vedere il lievito che cresce nel tubo.
      1. Il lievito viene spedito in un tubo contenente agar e sostanze nutritive (chiamato the inclinazione).

      Etichettare le provette e fare una sospensione di cellule di lievito

      1. Etichetta cinque provette, come segue:
        • 1. 1
        • 2. 1:10
        • 3. 1:100
        • 4. 1:1,000
        • 5. 1:10,000
      2. Trascorsi i due giorni, indossa un paio di guanti monouso e usa uno stuzzicadenti sterile per raccogliere una massa di lievito dalla piastra matrice. La massa di lievito dovrebbe avere un diametro di circa 1 mm.
      3. Spalmare il lievito all'interno del tubo etichettato "1" verso il fondo sul lato del tubo.
      4. Utilizzare una pipetta a bulbo da 5 ml per aggiungere 5 ml di acqua sterile alla provetta con il lievito.
      5. Agitare il tubo fino a quando il lievito è sospeso.

      Fare diluizioni seriali

      Ora creerai un set di diluizioni seriali. Utilizzare una pipetta nuova e diversa per ogni trasferimento di seguito.

      1. Utilizzare la pipetta sterile da 3,5 ml per aggiungere 2,25 ml di acqua sterile in ciascuna delle provette etichettate 1:10, 1:100, 1:1.000 e 1:10000.
      2. Utilizzare una pipetta pulita da 1 mL per trasferire 0,250 mL di lievito dalla provetta etichettata 1 alla provetta etichettata 1:10.
      3. Mescolare accuratamente.
      4. Utilizzare una pipetta pulita da 1 mL per trasferire 0,250 mL di lievito dalla provetta etichettata 1:10 alla provetta etichettata 1:100.
      5. Mescolare accuratamente.
      6. Utilizzare una pipetta pulita da 1 ml per trasferire 0,250 ml di lievito dalla provetta etichettata 1:100 alla provetta etichettata 1:1.000.
      7. Mescolare accuratamente.
      8. Utilizzare una pipetta pulita da 1 ml per trasferire 0,250 ml di lievito dalla provetta etichettata 1:1.000 alla provetta etichettata 1:10000.

      Spalmare il lievito su piastre di agar

      1. Etichetta il fondo di quattro piastre di agar, come segue. L'etichettatura del fondo dei piatti impedisce che si confondano se i coperchi vengono rimossi.
        • 1. 1:1,000/controllo
        • 2. 1:1,000/esposto
        • 3. 1:10.000/controllo
        • 4. 1:10.000/esposto
      2. Con il coperchio rivolto verso il basso, apri ogni piatto, uno alla volta, abbastanza a lungo da scuotere 4 e 5 perline di vetro su ciascun coperchio.
      3. Chiudi ogni piatto subito dopo che le perline sono state inserite e capovolgile di nuovo.
      4. Utilizzare una pipetta da 1 mL per aggiungere 0,250 mL di sospensione di lievito alla piastra opportunamente etichettata. In altre parole, aggiungi il lievito da 1: 1.000 a due piatti e da 1: 10.000 a due piatti.
      5. Distribuire le cellule di lievito scuotendo avanti e indietro le perle di vetro.
      6. Lasciare riposare i piatti per 5 e 10 minuti per asciugarsi.
      7. Per rimuovere le perline, tieni le piastre verticalmente su una ciotola di plastica e apri le piastre abbastanza larghe da far cadere le perline. Raccogli tutte le perline nella ciotola fino alla fine dell'esperimento.

      Esporre il lievito alla luce UV

      1. Rimuovere il coperchio da una delle piastre e coprirla immediatamente con un involucro di plastica, poiché il coperchio delle piastre potrebbe assorbire la luce UV.
      2. Ripetere questa operazione per tutti i piatti.
      3. Esporre le lastre etichettate come "Esposte" alla luce del sole.
      4. Avvolgere i piatti etichettati "Control" in un foglio di alluminio per proteggere il lievito dalla luce.
      5. Il tempo di esposizione dei lieviti dipende dall'ora del giorno e dalla stagione. Le piastre devono essere posizionate in modo che la luce del sole colpisca il lievito direttamente dall'alto. Usa la guida qui sotto:
        1. Metà mattina d'estate: 3 e 4 minuti
        2. Mezzogiorno estivo: 2 e 3 minuti
        3. Metà pomeriggio estivo: 3 e 4 minuti
        4. Primavera e autunno a metà mattina: 5 e 6 minuti
        5. Mezzogiorno primaverile e autunnale: 3&ndash4 minuti
        6. Primavera e autunno a metà pomeriggio: 4 e 5 minuti
        7. Metà mattina d'inverno: 40 e 50 minuti
        8. Mezzogiorno d'inverno: 15 e 20 minuti
        9. Metà pomeriggio invernale: 20 e 30 minuti

        Ripetere la procedura

        1. Ripeti l'intera procedura almeno altre due volte con articoli di plastica freschi per dimostrare che i risultati sono riproducibili.
        2. Vedere il paragrafo Sicurezza per i dettagli su come smaltire le colture di lievito, le provette di coltura e le perle di vetro usate. Invece di una soluzione di candeggina al 10%, puoi usare candeggina domestica concentrata.

        Analizzare i risultati

        1. Scartare le piastre e contare il numero di colonie su ciascuna.
          1. Ogni colonia è formata da una singola cellula di lievito.
          2. Idealmente, una delle piastre di controllo dovrebbe avere circa 100 colonie, poiché questo numero è abbastanza piccolo da poter contare singole colonie, ma abbastanza grande da poter ottenere una percentuale accurata di cellule uccise.
          3. Se le colonie sono troppo vicine per essere contate, anche alla diluizione di 10.000 volte, ripetere la serie di diluizioni e aggiungere una diluizione di 100.000 volte.
          1. Dividere il numero di colonie sulla piastra esposta per il numero di colonie sulla piastra di controllo.
          2. Sottrai questo numero da 1.
          3. Moltiplica il numero risultante per 100.
          4. Questo produce la percentuale di lievito ucciso dalla luce del sole.

          100 × ( 1 - colonie sulla piastra esposta/colonie sulla piastra di controllo) = % uccise

          Sicurezza

          I microrganismi come il lievito sono tutti intorno a noi nella nostra vita quotidiana e la stragrande maggioranza di essi non è dannosa. Tuttavia, per la massima sicurezza, tutte le colture di lievito dovrebbero sempre essere trattate come potenziali pericoli. Ciò significa che sono necessari un trattamento, una pulizia e uno smaltimento adeguati. Di seguito sono riportati alcuni importanti promemoria per la sicurezza. È inoltre possibile consultare la Guida alla sicurezza dei microrganismi per ulteriori dettagli.

          • Tieni il naso e la bocca lontani da tubi, pipette o altri strumenti che entrano in contatto con le colture di lievito, per evitare di ingerire o inalare il lievito.
          • Assicurati di lavarti accuratamente le mani dopo aver maneggiato il lievito.
          • Smaltimento corretto delle colture di lievito
            • Le colture di lievito, le piastre e gli articoli usa e getta utilizzati per manipolare il lievito devono essere immersi in una soluzione di candeggina al 10% (1 parte di candeggina in 9 parti di acqua) per 1 e 2 ore.
            • Fai attenzione quando maneggi la candeggina, poiché può rovinare i vestiti se versata e qualsiasi disinfettante può essere dannoso se spruzzato negli occhi.
            • Una volta completato il trattamento con candeggina, questi articoli possono essere gettati nella normale spazzatura domestica.
            • Alla fine dell'esperimento, usa un disinfettante, come etanolo al 70%, una soluzione di candeggina al 10% o una soluzione commerciale antibatterica per la pulizia della cucina o del bagno, per pulire a fondo tutte le superfici che hai utilizzato.
            • Sii consapevole dei possibili pericoli dei disinfettanti e usali con attenzione.

            Distorsione

            Importanza dei fosfolipidi nel corpo umano

            Il DNA è una molecola a doppio filamento, simile a una scala attorcigliata attorno ai suoi pioli. Ciascun filo sul lato della scala è costituito da stringhe di lettere chimiche chiamate basi desossiribonucleasi che formano i "pioli" legandosi a un partner sul filo opposto. Le basi nel doppio filamento di DNA si accoppiano sempre con gli stessi partner sul filamento opposto: una timina con un'adenosina e una citosina con una guanina. La citosina e la timina sono chiamate basi pirimidiniche.

            L'esposizione alla luce UV può far sì che due basi pirimidiniche che si trovano l'una accanto all'altra sullo stesso filo si leghino l'una all'altra, invece di legarsi al loro partner sul filo opposto. Quel problema chimico è chiamato dimero pirimidinico e produce un rigonfiamento nel DNA ovunque si verifichi. Se ti siedi al sole solo per poche ore, migliaia di dimeri di pirimidina possono formarsi nel tuo DNA, causando migliaia di rigonfiamenti lungo i tuoi filamenti di DNA.

            • Il DNA è una molecola a doppio filamento, simile a una scala attorcigliata attorno ai suoi pioli.
            • Quel problema chimico è chiamato dimero pirimidinico e produce un rigonfiamento nel DNA ovunque si verifichi.

            Il problema con la luce UV nel tuo armadio di biosicurezza

            La tua cappa di sicurezza biologica (BSC) ha una lampada a raggi ultravioletti (UV)? In tal caso, potrebbe non essere efficace per scopi di sterilizzazione/decontaminazione quanto necessario.

            La radiazione ultravioletta è una forma di radiazione non ionizzante e gli effetti biologici che ne derivano variano con la lunghezza d'onda, l'energia del fotone e la durata dell'esposizione. La banda di lunghezza d'onda di 100-280 nm è designata come UV-C, che viene utilizzata per scopi germicidi.

            L'attività di sterilizzazione/decontaminazione delle luci UV è limitata da una serie di fattori, tra cui:

            • Penetrazione – Nei flussi d'aria dinamici dei BSC, i microrganismi sotto le particelle di polvere, la plastica e le superfici di lavoro non sono influenzati dalla luce UV perché non possono penetrare le particelle così lontane dalla sorgente UV.
            • Umidità relativa – Gli effetti germicidi della luce UV diminuiscono precipitosamente quando l'umidità relativa è superiore al 70%.
            • Temperatura e movimento dell'aria – La temperatura ottimale affinché la lampada UV sia efficace è 77-80 gradi F. Temperature inferiori a questo intervallo riducono l'efficacia e il movimento dell'aria può aggravarla.
            • Pulizia – Polvere e sporco bloccano l'efficacia germicida della lampada UV, quindi sono necessarie pulizie settimanali.
            • Età – Controllare le lampade UV ogni sei mesi per assicurarne il corretto funzionamento, poiché la quantità di lunghezza d'onda germicida emessa diminuisce con l'età della lampadina e le ore di utilizzo.
            • Uso eccessivo – Le luci UV vengono normalmente lasciate accese durante la notte o più a lungo nel tentativo di decontaminare gli spazi di lavoro, ma questa pratica può far sì che la lunghezza d'onda germicida non venga più prodotta dalla lampadina.

            Per questi motivi e altre preoccupazioni, il La National Sanitation Foundation (NSF) non raccomanda l'uso di luci UV nelle BSC. Il retrofit di qualsiasi apparecchiatura (ad esempio, luci UV) in un armadio può alterare le caratteristiche del flusso d'aria, invalidare la garanzia del produttore e non è raccomandato. Tieni presente che EH&S non supporta l'uso di luci UV nelle BSC. I laboratori sono gli unici responsabili della manutenzione delle luci UV nei loro armadi e dovranno ricorrere a fornitori esterni per la manutenzione.

            Se stai usando una luce UV, ti preghiamo di essere avvisato:


            Riparare i danni al DNA nel corpo umano

            Gli scienziati medici dell'UNSW hanno scoperto che la riparazione del DNA è compromessa in importanti regioni del nostro genoma, gettando nuova luce sulla capacità del corpo umano di riparare i danni al DNA.

            Riparare il danno nel DNA da tutto ciò che provoca una mutazione, come le radiazioni UV e il fumo di tabacco, è un processo fondamentale che protegge le nostre cellule dal diventare cancerose.

            Nello studio pubblicato sulla rivista Natura, gli scienziati hanno analizzato più di 20 milioni di mutazioni del DNA da 1.161 tumori in 14 tipi di cancro. Hanno scoperto che in molti tipi di cancro, in particolare i tumori della pelle, il numero di mutazioni era particolarmente elevato nelle regioni del genoma note come "promotori di geni". Significativamente, queste sequenze di DNA controllano il modo in cui vengono espressi i geni che a loro volta determinano il tipo e la funzione delle cellule.

            I ricercatori hanno dimostrato che il numero di mutazioni del DNA è aumentato nei promotori genici perché le proteine ​​che legano il DNA per controllare l'espressione genica bloccano uno dei nostri sistemi di riparazione cellulare responsabile della riparazione del DNA danneggiato.Questo sistema è noto come riparazione per escissione di nucleotidi (NER) ed è uno dei numerosi meccanismi di riparazione del DNA che si verificano nelle cellule umane e l'unico in grado di riparare i danni causati dalla luce UV.

            L'autore principale dello studio, il dott. Jason Wong, leader del gruppo di Bioinformatica e genomica integrativa presso il Lowy Cancer Research Center dell'UNSW, ha affermato che i risultati forniscono prove convincenti che l'aumento delle mutazioni nei siti promotori del gene è causato da un sistema NER compromesso.

            "Ciò che questa ricerca ci dice anche è che mentre il corpo umano è abbastanza bravo a ripararsi da solo, ci sono alcune parti del nostro genoma che sono mal riparate quando subiamo danni da agenti mutageni come la luce UV e il fumo di sigaretta", ha detto il dottor Wong, che è un Future Fellow dell'Australian Research Council.

            "Evitando attivamente questi fattori ambientali dannosi, possiamo ridurre al minimo il numero di mutazioni che si verificano nel nostro corpo che possono portare al cancro".

            A livello internazionale, gli scienziati hanno finora identificato solo una mutazione del promotore, nota come gene della trascrittasi inversa della telomerasi (TERT), che contribuisce in modo definitivo al cancro.

            "Il nostro studio evidenzia la necessità di ulteriori ricerche sul ruolo delle mutazioni del promotore genetico nello sviluppo del cancro", ha affermato il dott. Wong.

            "Questo può in definitiva aiutare i medici a determinare il motivo per cui si sviluppano determinati tumori, consentendo loro di diagnosticare il cancro in anticipo e selezionare terapie di trattamento più personalizzate per i pazienti".

            "I risultati sono tanto più impressionanti perché sono stati scoperti utilizzando "big data" esistenti e pubblicamente disponibili, semplicemente ponendo le domande giuste", ha affermato il coautore dello studio, ematologo e professore associato dell'UNSW John Pimanda.

            "Non avevamo bisogno di spendere tempo e denaro per reclutare pazienti, indagare sui loro tumori e sequenziare i loro genomi del cancro. Tutti questi dati erano disponibili per i ricercatori su piattaforme pubbliche di condivisione dei dati.

            "La ricerca mette in evidenza i ritorni che possono derivare dall'investimento nella bioinformatica e nella ricerca genomica", ha affermato il professore associato Pimanda.

            Lo studio è stato supportato dal Big Data inaugurale del Cancer Institute NSW, dal Big Impact Award e dalla Cure Cancer Australia Foundation, con l'assistenza di Cancer Australia.

            I dati analizzati nello studio sono stati resi pubblici da The Cancer Genome Atlas, International Cancer Genome Consortium e Wellcome Trust Sanger Institute.


            Quale frequenza di luce UV danneggia il DNA? - Biologia

            Ricevo molti suggerimenti per le storie e li apprezzo molto. Ma alcuni sono troppo belli per essere veri. Un esempio di ciò è stata la storia di uno scheletro umano gigante, alto forse 40 piedi, scoperto da un team archeologico russo. La storia aveva foto e link che la accompagnavano e sembrava promettente. Ma quando i collegamenti sono stati ricercati, sono andati in circolo. Ogni collegamento utilizzava l'altro collegamento come fonte. Alla fine gli elementi delle foto sono emersi e abbiamo riconosciuto che un buon lavoro di Photoshop aveva ingannato tutti.

            Ho avuto la stessa esperienza questa settimana quando mi è stato inviato un articolo in cui uno scienziato russo (di nuovo), Pjotr ​​Garjajev, era riuscito a intercettare la comunicazione da una molecola di DNA sotto forma di fotoni ultravioletti -- luce! Inoltre, ha affermato di aver catturato questa comunicazione da un organismo (un embrione di rana) con un raggio laser e poi di averla trasmessa al DNA di un altro organismo (un embrione di salamandra), facendo sì che quest'ultimo embrione si trasformasse in una rana!

            Ma questo era solo l'inizio.

            Il dottor Garjajev sostiene che questa comunicazione non è qualcosa che avviene solo all'interno delle singole cellule o tra una cellula e l'altra. Afferma che gli organismi usano questa "luce" per "parlare" con altri organismi e ha suggerito che questo potrebbe spiegare la telepatia e l'ESP. Era come se gli esseri umani avessero già la propria connessione wireless basata sul nostro DNA. Oh!

            Ho cercato di trovare una rivista scientifica che avesse questo esperimento. Tutto quello che potevo trovare erano blog e altri siti web che riportavano la stessa storia, parola per parola, senza alcun riferimento. Questo finché non mi sono imbattuto nel lavoro di Fritz-Albert Popp [Giusto]. Allora tutto quello che avevo appena letto sembrava molto plausibile.

            Fritz-Albert Popp pensava di aver scoperto una cura per il cancro. Non sono convinto che non l'abbia fatto.

            Era il 1970 e Popp, un biofisico teorico dell'Università di Marburg in Germania, insegnava radiologia: l'interazione delle radiazioni elettromagnetiche (EM) sui sistemi biologici. Popp era troppo presto per preoccuparsi di cose come i telefoni cellulari e le torri a microonde che ora sono comunemente collegate a tumori e leucemia. Il suo mondo era molto più piccolo.

            Stava esaminando due molecole quasi identiche: benzo[a]pirene, un idrocarburo policiclico noto per essere uno degli agenti cancerogeni più letali per l'uomo, e il suo gemello (salvo una piccola alterazione nella sua composizione molecolare), benzo[e] pirene. Aveva illuminato entrambe le molecole con la luce ultravioletta (UV) nel tentativo di trovare esattamente cosa rendesse così diverse queste due molecole quasi identiche.

            Perché la luce ultravioletta?

            Popp scelse di lavorare specificamente con la luce UV a causa degli esperimenti di un biologo russo di nome Alexander Gurwitsch che, mentre lavorava con le cipolle nel 1923, scoprì che le radici potevano stimolare le radici di una pianta vicina se le due piante adiacenti fossero in vasi di vetro di quarzo ma non se erano in vasi di vetro di silicio. L'unica differenza è che il silicio filtrava le lunghezze d'onda della luce UV mentre il quarzo no. Gurwitsch teorizzò che le radici di cipolla potessero comunicare tra loro tramite la luce ultravioletta.

            [Al di sopra] Tutte le vibrazioni di energia fanno parte dello spettro elettromagnetico. Questi includono energia elettrica, calore, suono, luce, onde radio e onde radioattive. La luce UV è solo una piccola porzione dello spettro dell'energia EM con una lunghezza d'onda molto corta.

            Ciò che Popp scoprì fu che il benzo[a]pirene (la molecola che produce il cancro) assorbiva la luce UV, quindi la riemetteva a una frequenza completamente diversa: era un "scrambler" leggero. Il benzo[e]pirene (innocuo per l'uomo), lasciava passare inalterata la luce UV.

            Popp rimase perplesso da questa differenza e continuò a sperimentare con la luce UV e altri composti. Ha eseguito il suo test su 37 sostanze chimiche diverse, alcune cancerogene, altre no. Dopo un po' riuscì a prevedere quali sostanze avrebbero potuto provocare il cancro. In ogni caso, i composti cancerogeni hanno assorbito la luce UV, l'hanno assorbita e ne hanno modificato o rimescolato la frequenza.

            C'era un'altra strana proprietà di questi composti: ciascuno degli agenti cancerogeni reagiva solo alla luce a una frequenza specifica - 380 nm (nanometri) nella gamma dell'ultravioletto. Popp continuava a chiedersi perché una sostanza cancerogena fosse un leggero rimescolante. Ha iniziato a leggere la letteratura scientifica specificatamente sulle reazioni biologiche umane e si è imbattuto in informazioni su un fenomeno chiamato "fotoriparazione".

            È ben noto da esperimenti di laboratorio biologico che se si fa esplodere una cellula con luce UV in modo che il 99 per cento della cellula, compreso il suo DNA, venga distrutto, è possibile riparare quasi interamente il danno in un solo giorno semplicemente illuminando la cellula con la stessa lunghezza d'onda ad un'intensità molto più debole. Fino ad oggi, gli scienziati non comprendono questo fenomeno, chiamato fotoriparazione, ma nessuno l'ha contestato.

            Popp sapeva anche che i pazienti con xeroderma pigmentoso [Giusto] alla fine muoiono di cancro della pelle perché loro fotoriparazione il sistema non può riparare i danni solari. Era anche colpito dal fatto che fotoriparazione funziona in modo più efficiente a 380 nm, la stessa frequenza con cui i composti che causano il cancro reagiscono e si mescolano.

            Fu qui che Popp fece il suo salto logico. Se gli agenti cancerogeni reagiscono solo a questa frequenza, deve essere in qualche modo collegata a fotoriparazione. Se è così, ciò significherebbe che ci deve essere una sorta di luce nel corpo responsabile di fotoriparazione. Un composto deve causare il cancro perché blocca permanentemente questa luce e la rimescola, quindi fotoriparazione non può più funzionare. Sembrava logico, ma era vero?

            Luce dentro il corpo

            Popp era spaventato da questo. Ne ha scritto su un giornale e una prestigiosa rivista medica ha accettato di pubblicarlo.

            Non molto tempo dopo, Popp fu avvicinato da uno studente di nome Bernhard Ruth, che chiese a Popp di supervisionare il suo lavoro per la sua tesi di dottorato. Popp disse a Ruth che era pronto a farlo se lo studente avesse potuto dimostrare che la luce emanava dal corpo umano.

            Questo incontro fu fortuito per Popp perché Ruth era un eccellente fisico sperimentale. Ruth pensò che l'idea fosse ridicola e immediatamente si mise al lavoro per costruire attrezzature per dimostrare che l'ipotesi di Popp era sbagliata.

            Nel giro di due anni, Ruth aveva costruito una macchina simile a un grande rivelatore di raggi X che utilizzava un fotomoltiplicatore per contare la luce, fotone per fotone. Ancora oggi è uno dei migliori strumenti del settore. La macchina doveva essere altamente sensibile perché doveva misurare quelle che Popp pensava sarebbero state emissioni estremamente deboli.

            In un vecchio film documentario girato nel laboratorio dell'Istituto Internazionale di Biofisica, il Dr. Popp apre una camera delle dimensioni di una scatola di pane. Mette una talea fresca da una pianta e un fiammifero di legno in un contenitore di plastica all'interno della camera oscura e chiude la porta a prova di luce. Immediatamente accende il fotomoltiplicatore e l'immagine compare sullo schermo di un computer. Il fiammifero è nero mentre la sagoma verde e luminosa delle foglie è chiaramente visibile.

            Il dottor Popp esclama: "Oggi sappiamo, oggi, che l'uomo è essenzialmente un essere di luce".

            Nel 1976, erano pronti per il loro primo test con le piantine di cetriolo. Il fotomoltiplicatore ha mostrato che i fotoni, o onde luminose, di un'intensità sorprendentemente elevata venivano emessi dalle piantine. Nel caso in cui la luce avesse a che fare con un effetto della fotosintesi, hanno deciso che il loro prossimo test, con le patate, sarebbe stato quello di far crescere le piantine al buio. Questa volta, quando le piantine sono state poste nel fotomoltiplicatore, hanno registrato un'intensità di luce ancora maggiore. Inoltre, i fotoni nei sistemi viventi che avevano esaminato erano più coerenti di qualsiasi cosa avessero mai visto.

            Popp iniziò a pensare alla luce in natura. La luce era presente nelle piante e veniva utilizzata durante la fotosintesi. Quando mangiamo cibi vegetali, pensò, è necessario che prendiamo i fotoni e li immagazziniamo.

            Quando consumiamo broccoli, per esempio, e li digeriamo, vengono metabolizzati in anidride carbonica (CO2) e acqua, oltre alla luce immagazzinata dal sole e dalla fotosintesi. Estraiamo la CO2 ed eliminiamo l'acqua, ma la luce, un'onda EM, deve essere immagazzinata. Quando assorbita dal corpo, l'energia di questi fotoni si dissipa e si distribuisce sull'intero spettro delle frequenze EM, dalla più bassa alla più alta.

            Questa energia è la forza trainante per tutte le molecole del nostro corpo. Prima che possa verificarsi qualsiasi reazione chimica, almeno un elettrone deve essere attivato da un fotone con una certa lunghezza d'onda ed energia sufficiente.

            Il biochimico e premio Nobel Lehninger cita nel suo libro di testo che alcune reazioni nella cellula vivente avvengono molto più velocemente di quanto corrisponde a una temperatura di 37 °C. La spiegazione sembra essere che il corpo diriga di proposito le reazioni chimiche tramite vibrazioni elettromagnetiche (biofotoni).

            I fotoni (luce) controllano tutto nella cellula

            I fotoni attivano i processi del corpo come un direttore d'orchestra portando ogni singolo strumento nel suono collettivo. A frequenze diverse, svolgono funzioni diverse. Popp scoprì che le molecole nelle cellule rispondevano a determinate frequenze e che una gamma di vibrazioni dei fotoni causava una varietà di frequenze in altre molecole del corpo.

            Questa teoria è stata supportata dal Dr. Veljko Veljkovic che ora dirige il Centro per la ricerca multidisciplinare e l'ingegneria, Istituto di scienze nucleari Vinca. Ha osato porre la domanda che ha sempre sconcertato i biologi cellulari: cos'è che ha permesso alle decine di migliaia di diversi tipi di molecole nell'organismo di riconoscere i loro obiettivi specifici? I processi viventi dipendono da interazioni selettive tra particolari molecole, e questo è vero per il metabolismo di base fino alle più sottili sfumature dell'emozione. È come cercare di trovare un amico in una sala da ballo molto grande e affollata al buio.

            L'immagine convenzionale di una cellula anche adesso è quella di un sacchetto di molecole disciolte in acqua. E attraverso l'urto l'uno con l'altro per caso - collisioni casuali - quelle molecole che hanno forme complementari si agganciano l'una all'altra in modo che possano aver luogo le reazioni biochimiche appropriate. Questo modello "lucchetto e chiave" è stato perfezionato in un'ipotesi di "adattamento indotto" più flessibile (e realistica) che consente a ciascuna molecola di cambiare leggermente forma per adattarsi meglio all'altra dopo essere entrati in contatto, ma l'idea principale rimane la stessa.

            Dovrebbe spiegare come gli enzimi possono riconoscere i loro rispettivi substrati, come gli anticorpi nel sistema immunitario possono aggrapparsi a specifici invasori estranei e disarmarli. Per estensione, è così che le proteine ​​possono "ancorarsi" con diverse proteine ​​partner, o attaccarsi a specifici acidi nucleici per controllare l'espressione genica, o assemblarsi in ribosomi per tradurre proteine, o altri complessi multimolecolari che modificano i messaggi genetici in vari modi. Ma con migliaia o addirittura centinaia di migliaia di reazioni che si verificano ogni secondo in una sola cella, questo sembra spingere un po' troppo oltre il concetto "meccanico".

            Ciò che è stato proposto è che in qualche modo ogni molecola emetta un campo elettromagnetico unico che possa "sentire" il campo della molecola complementare. È come se ci fosse una "danza" nel mezzo cellulare e le molecole si muovessero al ritmo. La musica è fornita dal biofotone.

            Queste "emissione di biofotoni", come le chiamava Popp, fornivano un sistema di comunicazione ideale per il trasferimento di informazioni a molte cellule dell'organismo. Ma la domanda più importante rimaneva: da dove veniva la luce?

            Uno studente particolarmente dotato lo convinse a fare un altro esperimento. È noto che quando il bromuro di etidio viene applicato a campioni di DNA, si insinua tra le coppie di basi della doppia elica, provocando lo srotolamento del DNA. Lo studente ha suggerito che, dopo aver applicato la sostanza chimica, misurassero la luce proveniente dal campione. Popp ha scoperto che maggiore è la concentrazione di etidio, più il DNA si disfa, ma anche più forte è l'intensità della luce. Al contrario, meno ne usava, meno luce veniva emessa.

            Scoprì anche che il DNA poteva inviare un'ampia gamma di frequenze, alcune delle quali sembravano essere collegate a determinate funzioni. Se il DNA immagazzinasse questa luce, emetterebbe naturalmente più luce quando viene aperto.

            Questi e altri studi hanno dimostrato a Popp che una delle fonti più essenziali di emissioni di luce e biofotoni era il DNA. Il DNA era come il diapason principale del corpo. Colpirebbe una particolare frequenza e alcune molecole seguirebbero. Era anche possibile, si rese conto, che si fosse imbattuto nell'anello mancante nell'attuale teoria del DNA che potrebbe spiegare forse il più grande miracolo di tutti nella biologia umana: come una singola cellula può trasformarsi in un essere umano completamente formato.

            Come le cellule "parlano" tra loro

            Quando si ottiene un taglio o un graffio sulla pelle, le cellule danneggiate segnalano in qualche modo alle cellule sane circostanti di iniziare a riprodurre copie di se stesse per riempire e riparare l'apertura. Quando la pelle torna normale, viene inviato un segnale alle cellule per dire loro di smettere di riprodursi. Gli scienziati si sono chiesti esattamente come funziona.

            Con le emissioni di biofotoni, Popp credeva di avere una risposta a questa domanda. Questo fenomeno di coordinamento e comunicazione potrebbe verificarsi solo in un sistema olistico con un orchestratore centrale. Popp ha mostrato nei suoi esperimenti che queste deboli emissioni di luce erano sufficienti per orchestrare le riparazioni del corpo. Le emissioni dovevano essere di bassa intensità perché queste comunicazioni avvenivano a un livello quantico intracellulare molto piccolo. Intensità maggiori avrebbero effetto solo nel mondo dei grandi e creerebbero troppo "rumore" per essere efficaci.

            Il numero di fotoni emessi sembrava essere collegato alla posizione dell'organismo sulla scala evolutiva: più l'organismo era complesso, meno fotoni venivano emessi. Animali e piante rudimentali tendevano ad emettere 100 fotoni/cm2/sec a una lunghezza d'onda di 200-800 nm, corrispondente a un'onda EM ad altissima frequenza ben all'interno dell'intervallo visibile, mentre gli esseri umani emettono solo 10 fotoni/cm2/sec al stessa frequenza.

            In una serie di studi, Popp ha fatto sedere uno dei suoi assistenti, una giovane donna sana di 27 anni, nella stanza ogni giorno per nove mesi, mentre lui prendeva le letture fotoniche di una piccola area della sua mano e della sua fronte. Popp ha quindi analizzato i dati e ha scoperto, con sua grande sorpresa, che le emissioni luminose seguivano determinati schemi - ritmi biologici a 7, 14, 32, 80 e 270 giorni - e sono state notate somiglianze anche di giorno o di notte, di settimana e per mese, come se il corpo seguisse i bioritmi del mondo oltre ai propri.

            Il cancro è una perdita di luce coerente

            Finora Popp aveva studiato solo individui sani e aveva trovato una squisita coerenza a livello quantico. Ma che luce c'è in chi è malato?

            Popp ha provato la sua macchina su una serie di malati di cancro. In ogni caso, questi pazienti avevano perso quei ritmi periodici naturali così come la loro coerenza. Le linee di comunicazione interna erano confuse. Avevano perso la loro connessione con il mondo. In effetti, la loro luce si stava spegnendo.

            Con la sclerosi multipla si vede esattamente il contrario: la SM è uno stato di troppo ordine. I pazienti con questa malattia assorbono troppa luce, inibendo così la capacità delle loro cellule di svolgere il loro lavoro. Troppa armonia cooperativa ha impedito la flessibilità e l'individualità, come troppi soldati che marciano al passo mentre attraversano un ponte, facendolo crollare. La perfetta coerenza è uno stato ottimale tra caos e ordine. Con troppa cooperazione, è come se i singoli membri dell'orchestra non fossero più in grado di improvvisare. In effetti, i pazienti con SM stanno annegando nella luce.

            Popp ha anche esaminato gli effetti dello stress. In uno stato di stress, il tasso di emissioni di biofotoni aumenta, un meccanismo di difesa progettato per ripristinare l'equilibrio del paziente.

            Popp ora si rendeva conto che quello che stava sperimentando era anche più di una cura per il cancro o la Gestaltbildung. Ecco un modello che ha fornito una spiegazione migliore rispetto all'attuale teoria neodarwinista su come tutti gli esseri viventi si evolvono sul pianeta. Piuttosto che un sistema di errore fortunato ma in definitiva casuale, se il DNA utilizza frequenze di ogni varietà come strumento di informazione, questo suggerisce invece un sistema di feedback di comunicazione perfetta attraverso onde che codificano e trasferiscono informazioni.

            "Buone vibrazioni" significa luce coerente

            Popp si rese conto che la luce nel corpo potrebbe anche contenere la chiave per la salute e la malattia. In un esperimento, ha confrontato la luce delle uova delle galline allevate a terra con quella delle galline in gabbia. I fotoni del primo erano molto più coerenti di quelli del secondo.

            Popp ha continuato a utilizzare le emissioni di biofotoni come strumento per misurare la qualità del cibo. Il cibo più sano aveva l'intensità di luce più bassa e coerente.Qualsiasi disturbo nel sistema ha aumentato la produzione di fotoni. La salute era uno stato di perfetta comunicazione subatomica e la cattiva salute era uno stato di interruzione della comunicazione. Siamo malati quando le nostre onde non sono sincronizzate.

            Il rilevamento delle emissioni di biofotoni è attualmente utilizzato commercialmente nell'industria alimentare. La scienza agraria sta esaminando le emissioni di biofotoni per determinare la salute delle piante ai fini del controllo della qualità degli alimenti. Biophotonen è una società che lavora per lo sviluppo e le applicazioni pratiche della biofotonica. Il lavoro si basa su una serie di brevetti. "Biophotonen" risolve problemi pratici dell'industria alimentare, dell'industria ambientale, dei cosmetici, ecc.

            Negli anni '70 il dott. Veljko Veljkovic, che ora dirige il Centro di ricerca e ingegneria multidisciplinare, Istituto di scienze nucleari Vinca, scoprì anche un metodo per prevedere quali delle centinaia di nuove sostanze chimiche prodotte dall'industria chimica in rapida espansione fossero cancerogene, calcolando determinate proprietà elettroniche e biofotoniche delle molecole. Questo metodo è stato presto trovato ugualmente applicabile alla previsione di sostanze chimiche organiche mutagene o tossiche e persino di quelle antibiotiche o citostatiche (antitumorali). Da allora l'istituto Veljkovic di Belgrado ha collaborato con altri laboratori europei per applicare lo stesso metodo alla scoperta di farmaci, in particolare contro l'AIDS.

            Terapia con biofotoni

            La terapia con biofotoni è l'applicazione della luce su particolari aree della pelle a scopo curativo. La luce, o fotoni, emessi da queste unità vengono assorbiti dai fotorecettori della pelle e quindi viaggiano attraverso il sistema nervoso del corpo fino al cervello, dove aiutano a regolare quella che viene definita la nostra bioenergia umana. Stimolando determinate aree del corpo con quantità specifiche di luce, la terapia con biofotoni può aiutare a ridurre il dolore e aiutare in vari processi di guarigione in tutto il corpo.

            La teoria alla base della terapia con biofotoni si basa sul lavoro del Dr. Franz Morell ed è stata ampliata dal lavoro dei dottori L.C. Vincent e F.A. Popp, che hanno teorizzato che la luce può influenzare l'oscillazione elettromagnetica, o onde, del corpo e regolare l'attività enzimatica.

            Ci sono voluti circa 25 anni prima che Popp raccogliesse i convertiti della comunità scientifica. Lentamente, alcuni scienziati selezionati in tutto il mondo hanno iniziato a considerare che il sistema di comunicazione del corpo potrebbe essere una complessa rete di risonanza e frequenza. Alla fine, formerebbero l'Istituto Internazionale di Biofisica, composto da 15 gruppi di scienziati provenienti da centri internazionali di tutto il mondo.

            Popp e i suoi nuovi colleghi hanno continuato a studiare le emissioni di luce di diversi organismi della stessa specie, prima in un esperimento con un tipo di pulce d'acqua del genere Daphnia. Quello che hanno trovato è stato a dir poco sorprendente. I test con un fotomoltiplicatore hanno mostrato che le pulci d'acqua stavano risucchiando la luce emessa l'una dall'altra. Popp ha provato lo stesso esperimento su piccoli pesci e ha ottenuto lo stesso risultato. Secondo il suo fotomoltiplicatore, i girasoli erano come aspirapolvere biologici, che si muovevano nella direzione della maggior parte dei fotoni solari per aspirarli. Persino i batteri hanno ingerito fotoni dai media in cui erano stati immessi.

            Comunicazione tra organismi

            Così, Popp si rese conto che queste emissioni avevano uno scopo al di fuori del corpo. La risonanza dell'onda non veniva usata solo per comunicare all'interno del corpo, ma anche tra gli esseri viventi. Due esseri sani si sono impegnati nel "succhiare fotoni", come lo chiamava lui, scambiandosi fotoni. Popp si rese conto che questo scambio avrebbe potuto svelare il segreto di alcuni degli enigmi più persistenti del regno animale: come banchi di pesci o stormi di uccelli creano una coordinazione perfetta e istantanea. Molti esperimenti sulla capacità di homing degli animali dimostrano che non ha nulla a che fare con il seguire le tracce abituali, i profumi o anche i campi elettromagnetici della terra, ma piuttosto una forma di comunicazione silenziosa che agisce come un elastico invisibile, anche quando gli animali sono separati da miglia di distanza.

            Per gli umani c'era un'altra possibilità. Se potessimo assorbire i fotoni di altri esseri viventi, potremmo anche essere in grado di utilizzare le informazioni da loro per correggere la nostra stessa luce se è andata storta.

            Alcuni esperimenti estremamente interessanti sono stati eseguiti da V.P. Kaznacheyev et al riguardo alla trasmissione paranormale della morte mediante comunicazione inter-organismo leggera.

            In breve, sono stati selezionati due gruppi di cellule dalla stessa coltura cellulare e un campione posto su ciascun lato di una finestra che collega due stanze protette dall'ambiente. Le colture cellulari erano in contenitori di quarzo. Una coltura cellulare è stata utilizzata come campione di inizio ed è stata soggetta a un meccanismo mortale: virus, germe, veleno chimico, irradiazione, raggi ultravioletti, ecc. È stata osservata la seconda coltura cellulare per accertare eventuali effetti trasmessi dal campione di coltura ucciso.

            Quando la finestra è stata fatta di vetro ordinario, il secondo campione è rimasto vivo e sano. Quando la finestra è stata fatta di quarzo, il secondo campione si è ammalato ed è morto con gli stessi sintomi del campione primario.

            Gli esperimenti sono stati condotti nell'oscurità e oltre 5.000 sono stati segnalati da Kaznacheyev e dai suoi colleghi. L'inizio della malattia complementare indotta e della morte nella seconda cultura ha seguito un tempo ragionevole - diciamo da due a quattro ore - dietro la malattia e la morte nella cultura primaria.

            La principale differenza di trasmissione tra il vetro della finestra e il quarzo è che il quarzo trasmette bene sia l'ultravioletto che l'infrarosso, mentre il vetro è relativamente opaco all'ultravioletto e all'infrarosso. Sia il quarzo che il vetro trasmettono la luce visibile. Quindi il vetro è un soppressore del canale paranormale, mentre il quarzo non lo è.

            Nel 1950, i ricercatori occidentali scoprirono che le cellule potevano essere uccise nell'oscurità con radiazioni ultraviolette, tenute al riparo dalla luce visibile per ventiquattro ore o più, e quindi, se irradiate con luce visibile, le cellule avrebbero iniziato a rianimarsi a centinaia di migliaia anche se avevano stato clinicamente morto.

            Nello specifico, ogni cellula emette due volte radiazioni mitogenetiche nell'ultravioletto: quando nasce e quando muore. Il fotone UV emesso alla morte contiene l'esatto modello di stato virtuale della condizione della cellula alla morte. Le cellule sane sono bombardate con messaggi di morte da coloro che stanno morendo, e questo diffonde il modello di morte in tutta la cultura sana, accendendosi infine nello stesso modello di morte lì.

            [V.P. Kaznacheyev et al, "Interazioni intercellulari distanti in un sistema di due culture tissutali", Sistemi psicoenergetici, vol. 1, n. 3, marzo 1976, pp 141-142.]

            Popp aveva iniziato a sperimentare un'idea del genere. Se le sostanze chimiche cancerogene potrebbero alterare le emissioni di biofotoni del corpo, allora potrebbe essere che altre sostanze potrebbero reintrodurre una migliore comunicazione. Popp si chiedeva se certi estratti vegetali potessero cambiare il carattere delle emissioni di biofotoni dalle cellule cancerose per farle comunicare nuovamente con il resto del corpo. Iniziò a sperimentare una serie di sostanze non tossiche che si presumeva avessero successo nel trattamento del cancro. In tutti i casi tranne uno, queste sostanze hanno solo aumentato i fotoni delle cellule tumorali, rendendole ancora più mortali per il corpo.

            L'unica storia di successo è stata il vischio, che sembrava aiutare il corpo a "risocializzare" le emissioni di fotoni delle cellule tumorali riportandole alla normalità. In uno dei numerosi casi, Popp ha incontrato una donna sulla trentina che aveva un cancro al seno e alla vagina. Popp ha trovato un rimedio al vischio che ha creato coerenza nei suoi campioni di tessuto canceroso. Con l'accordo del suo medico, la donna ha interrotto qualsiasi trattamento diverso dall'estratto di vischio e, dopo un anno, tutti i suoi esami di laboratorio sono tornati praticamente alla normalità.

            Per Popp, l'omeopatia era un altro esempio di succhiamento di fotoni. Aveva cominciato a considerarlo un 'assorbitore di risonanza'. L'omeopatia si basa sulla nozione che il simile è trattato con il simile. Un estratto vegetale che a piena forza può causare l'orticaria nel corpo viene utilizzato in una forma estremamente diluita per eliminarlo. Se una frequenza canaglia nel corpo può produrre determinati sintomi, ne consegue che anche un'elevata diluizione di una sostanza che può produrre gli stessi sintomi porterebbe quella frequenza. Come un diapason risonante, una soluzione omeopatica adeguata potrebbe attrarre e quindi assorbire le oscillazioni anomale, permettendo al corpo di tornare alla salute normale.

            Popp pensava che la segnalazione molecolare elettromagnetica potesse persino spiegare l'agopuntura. Secondo la Medicina Tradizionale Cinese, il corpo umano ha un sistema di meridiani, che scorre in profondità nei tessuti, attraverso i quali scorre un'energia invisibile che i cinesi chiamano ch'i, o forza vitale. Il ch'i presumibilmente entra nel corpo attraverso questi punti di agopuntura e scorre verso strutture organiche più profonde (che non corrispondono a quelle della biologia occidentale), fornendo energia (o forza vitale). La malattia si verifica quando questa energia viene bloccata in qualsiasi punto lungo i percorsi. Secondo Popp, il sistema dei meridiani trasmette onde energetiche specifiche a zone specifiche del corpo.

            La ricerca ha dimostrato che molti dei punti di agopuntura hanno una resistenza elettrica drasticamente ridotta rispetto alla pelle circostante (rispettivamente 10 kilo-ohm e 3 mega-ohm). Il chirurgo ortopedico Dr Robert Becker, che ha svolto una grande quantità di ricerche sui campi EM nel corpo, ha progettato uno speciale dispositivo di registrazione degli elettrodi che rotola lungo il corpo come un tagliapizza. I suoi numerosi studi hanno mostrato cariche elettriche su ognuna delle persone testate corrispondenti ai punti del meridiano cinese.

            [Estratto da The Field: The Quest for the Secret Force of the Universe, di Lynne McTaggart]

            Luce nella coscienza umana

            Cito quest'ultimo lavoro per coloro che desiderano esplorare i confini della ricerca e della teoria dei fotoni. In un documento innovativo con il lungo titolo di "Riduzione oggettiva orchestrata della coerenza quantistica nei microtubuli cerebrali: il modello 'Orch OR' per la coscienza" di Stuart Hameroff e Roger Penrose, il cervello è descritto come un computer quantistico la cui architettura principale è i microtubuli del citoscheletro e altre strutture all'interno di ciascuno dei neuroni del cervello.

            Se esamini un neurone, vedrai che ci sono molti tubi cavi che circondano l'assone. Queste microtubuli sono stati pensati come una sorta di impalcatura per sostenere la fibra nervosa. Ma ora stanno dando una seconda occhiata come possibile architettura della nostra coscienza.

            Le particolari caratteristiche dei microtubuli che li rendono adatti agli effetti quantistici includono la loro struttura reticolare simile a un cristallo, il nucleo interno cavo, l'organizzazione della funzione cellulare e la capacità di elaborazione delle informazioni. Secondo i ricercatori, la loro dimensione sembra perfettamente progettata per trasmettere fotoni nella gamma UV.

            [Al di sopra:] Schema della regione centrale del neurone (assone distale e dendriti non mostrati), che mostra microtubuli disposti in parallelo interconnessi da MAP. I microtubuli negli assoni sono lunghi e continui, mentre nei dendriti sono interrotti e di polarità mista. Le proteine ​​di collegamento collegano i microtubuli alle proteine ​​di membrana, compresi i recettori sulle spine dendritiche.

            Nel loro articolo, Hameroff e Penrose presentano un modello che collega i microtubuli alla coscienza usando la teoria quantistica. Nel loro modello emerge la coerenza quantistica, che viene isolata nei microtubuli cerebrali fino al raggiungimento di una soglia correlata alla gravità quantistica. L'auto-collasso risultante crea un evento "adesso" istantaneo. Le sequenze di tali eventi creano un flusso di tempo e coscienza.

            Non preoccuparti se non riesci a capire questo. È una lettura pesante, ma mostra che l'esistenza di fotoni interni - luce interiore - è molto reale ed è la base di praticamente tutte le funzioni cellulari e sistemiche umane.

            Gli scienziati russi avrebbero davvero potuto trasformare un embrione di salamandra in una rana con i laser? Preferisco aspettare che i dettagli effettivi dell'esperimento vengano pubblicati e rivisti, ma sono molto meno propenso a liquidare questo come finzione ora che so delle nostre luci interiori.

            Chiunque sia interessato ad un'analisi approfondita di questo tipo di fenomeno (coerenza elettromagnetica/quantistica) in relazione alla vita dovrebbe verificare:

            "L'arcobaleno e il verme" di Mae-Wan Ho.

            Ci sono una serie di recensioni su Amazon.com.

            Elabora alcune delle stesse idee trattate in questo articolo a un livello fondamentale. Questo colma davvero il divario tra la "scienza dura", cioè la fisica contemporanea, e ciò che molti scienziati professionisti considererebbero "psico-chiacchiere new age".

            Sembrerebbe che le verità qualitative di una visione del mondo più antica, che a causa della loro natura spesso nebulosa e mal definita, hanno precedentemente sfidato l'analisi oggettiva e la verifica sperimentale, stanno ora ottenendo le solide basi di cui hanno bisogno per avere davvero un senso.

            La capacità di quantificare questi fenomeni all'interno di un quadro della fisica che può portare a una previsione ripetibile specifica dei risultati a livello di base accelererà notevolmente la scoperta dei principi sottostanti e porterà ad applicazioni pratiche, mediche e non.

            Allo stesso tempo, le verità quantitative dell'attuale visione scientifica del mondo, che a causa della loro natura spesso fragile e rigidamente specificata, hanno precedentemente sfidato i tentativi di conciliare "fatti noti" sulla materia "animata" con "fatti noti" sulla materia "inanimata". ora stanno ricevendo l'infusione di nuovi concetti di cui hanno bisogno per affrontare realmente l'unità di aspetti apparentemente diversi della realtà.

            Oh, e odio menzionarlo, ma questa conoscenza sarà, ovviamente, un'arma. Se può guarire gli organismi, può ucciderli. Ci si può aspettare di vedere i finanziamenti muoversi in quella direzione non appena gli aspetti pratici sopra menzionati iniziano a mostrare risultati promettenti.

            Secondo l'articolo le radiazioni del cibo dovrebbero renderlo malsano. La FDA lo ha reso obbligatorio ora.

            Questo lavoro pionieristico può essere una cura per le persone paralizzate a causa di un infortunio. Danni causati a livello cellulare che bloccano il flusso di fotoni attraverso le cellule danneggiate. Quindi non lasciare che le cellule comunichino. Possibile utilizzo di un fluido a base di quarzo iniettato nell'area danneggiata che consenta alle cellule di ripararsi da sole. Lasciare che i fotoni fluiscano attraverso la colonna vertebrale ricollegando la comunicazione tra le cellule nervose alleviando il flusso bloccato e ripristinando la mobilità, o l'interazione nervosa attraverso l'area danneggiata ripristinando la salute. Questo è un lavoro molto importante che ha implicazioni di vasta portata. Molti disturbi mentali potrebbero essere aiutati con la terapia della luce. Possibile cura per l'Alzheimer a causa della mancanza di trasmissione di fotoni causata dal flusso bloccato dall'ambiente o dall'interazione con cibo o farmaci. Mi fa pensare che le finestre di vetro standard dovrebbero essere sostituite con vetro a base di quarzo. Potrebbe aiutare la depressione causata dalla scarsa illuminazione in inverno nell'emisfero settentrionale. Un lavoro semplicemente sorprendente. I lettori interessati potrebbero voler leggere Lynne McTaggart Autrice di THE Field and The Intention Experiment

            Il Dr. Kan Zhen Jiang (Chiang) aveva svolto un lavoro molto interessante in Cina e Russia nel 1950. Poche persone lo conoscono a causa della barriera di comunicazione. Ha pubblicato un paio di libri in cinese. Quello che segue è l'unico articolo in inglese che riesco a trovare:

            Ho trovato questo campo molto interessante in quanto potrebbe spiegare l'antica pratica medica cinese nell'agopuntura e nella guarigione con chigong (chi gung). Potrebbe spiegare la telepatia, il fantasma e lo spirito, poiché sembrano correlati all'"energia" o al "bioelettromagetismo".

            Forse il bioelettromatismo può fornire o trasferire istruzioni al DNA (come la programmazione a un computer). Questo potrebbe spiegare l'improvvisa comparsa di specie associate a cambiamenti periodici nell'elettromagnetismo cosmico (c'era un altro articolo a riguardo). Potrebbe anche spiegare alcuni dei prodigi che sembrano ereditare il loro talento dalla vita precedente. Solo un pensiero selvaggio.


            Il danno al DNA mette p38 sotto la luce UV

            La radiazione ultravioletta (UVR) forma ingombranti addotti del DNA che interferiscono con la trascrizione e il metabolismo dell'RNA. Tuttavia, il modo in cui le vie di segnalazione indotte dai raggi UVR regolano l'espressione genica è poco conosciuto. Borisova et al. ora mostrano che la segnalazione indotta da UVR da parte della MAP chinasi p38 alfa (p38 nota anche come MAPK14) promuove l'allungamento della trascrizione nei geni di risposta al danno.

            UVR ha attivato transitoriamente p38 in linee cellulari umane e l'inibizione di p38 ha compromesso la sopravvivenza cellulare dopo UVR. Utilizzando la proteomica quantitativa basata sulla spettrometria di massa, gli autori hanno identificato 138 siti in 122 proteine, molte delle quali coinvolte nella trascrizione e nel legame all'RNA, che sono state fosforilate in modo dipendente da p38 dopo UVR.

            "L'UVR induce la fosforilazione dipendente da p38-MK2 di. NELFE”

            I siti di fosforilazione non si sono verificati all'interno del motivo di fosforilazione di p38. Infatti, l'esaurimento o l'inibizione della proteina chinasi 2 (MK2) e MK3, attivata da MAPK, che funzionano a valle di p38, ha abolito la fosforilazione nel 60% di questi siti. Pertanto, MK2 e MK3 sono trasduttori chiave della segnalazione p38 indotta da UVR. In precedenza è stato dimostrato che la fosforilazione MK2-dipendente indotta da UVR funge da piattaforma per il reclutamento di proteine ​​14-3-3, che sono effettori a valle di diverse vie di segnalazione. In particolare, quasi il 30% delle proteine ​​che hanno interagito con 14-3-3 in seguito a UVR lo ha fatto in modo dipendente da p38.

            Uno dei substrati p38-MK2 era il fattore di allungamento negativo E (NELFE). NELFE è il componente che lega l'RNA del complesso NELF, che inibisce l'allungamento della trascrizione da parte dell'RNA polimerasi II (Pol II). Dopo UVR, MK2 ha fosforilato otto residui NELFE Ser, tre dei quali erano in motivi di legame 14-3-3 e hanno interagito con diverse proteine ​​14-3-3. Di questi, la fosforilazione di Ser115 era particolarmente necessaria per il legame 14-3-3.

            Dopo UVR, tutti i componenti NELF si sono rapidamente dissociati dalla cromatina in modo dipendente da p38. L'analisi ChIP-seq di Pol II ha rivelato che l'UVR ha causato il rilascio di Pol II dalla pausa prossimale del promotore nell'allungamento produttivo della trascrizione a >2.000 geni, molti dei quali sono coinvolti nel metabolismo dell'RNA e nella risposta al danno del DNA. È importante sottolineare che NELFE è noto per legare il 70% di questi geni.

            In sintesi, l'UVR induce la fosforilazione dipendente da p38-MK2 delle proteine ​​​​leganti l'RNA, incluso NELFE. La dissociazione di NELFE dalla cromatina, possibilmente attraverso il legame 14-3-3, promuove l'allungamento della trascrizione di Pol II e potrebbe essere essenziale per il recupero cellulare da UVR.


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