Introduc=on: The Big Ques=on Q: Why did the field of - PDF document

8/22/11 ¡ The ¡Origins ¡of ¡Molecular ¡Biology: ¡A ¡Mendelian ¡ and ¡Darwinian ¡View ¡of ¡the ¡World ¡ Introduc=on: ¡The ¡Big ¡Ques=on ¡ • Q: ¡Why ¡did ¡the ¡field ¡of ¡Molecular ¡Biology ¡ come ¡into ¡being? ¡ Introduc=on: ¡The ¡Big ¡Ques=on ¡ • Q: ¡Why ¡did ¡the ¡field ¡of ¡Molecular ¡Biology ¡come ¡ into ¡being? ¡ • A: ¡The ¡simplest ¡answer ¡is ¡that ¡the ¡field ¡of ¡ Molecular ¡Biology ¡came ¡into ¡being ¡as ¡a ¡way ¡to ¡ explain ¡mechanis=cally ¡how ¡heredity ¡works! ¡ – For ¡example, ¡you ¡may ¡want ¡to ¡know ¡how ¡eye ¡color ¡is ¡ inherited ¡ – You ¡may ¡want ¡to ¡know ¡how, ¡on ¡a ¡molecular ¡level, ¡ eye ¡color ¡forms ¡(How ¡the ¡pigment ¡is ¡actually ¡ produced) ¡ 1 ¡

8/22/11 ¡ Introduc=on: ¡Molecular ¡Biology ¡Pre-­‑ History ¡ • If ¡Molecular ¡Biology ¡studies ¡how ¡heredity ¡ works, ¡and ¡how ¡traits ¡are ¡expressed ¡then ¡the ¡ field ¡of ¡Molecular ¡Biology ¡must ¡have ¡its ¡roots ¡ in ¡Gene=cs ¡ • How ¡old ¡is ¡the ¡field ¡of ¡gene=cs? ¡ ¡How ¡long ¡ have ¡humans ¡been ¡studying ¡heredity? ¡ Introduc=on: ¡Molecular ¡Biology ¡Pre-­‑ History ¡ • How ¡old ¡is ¡the ¡field ¡of ¡ gene=cs? ¡ ¡How ¡long ¡have ¡ humans ¡been ¡studying ¡ heredity? ¡ • About ¡10,000-­‑12,000 ¡years ¡ ago ¡humans ¡began ¡to ¡ manipulate ¡animals ¡and ¡ plants, ¡to ¡domes=cate ¡them ¡ – Plants ¡include ¡wheat, ¡barley, ¡len=ls, ¡peas ¡ Animals ¡include ¡dogs, ¡sheep ¡and ¡goats ¡ – • Humans ¡were ¡able ¡to ¡quickly ¡ understand ¡the ¡concept ¡of ¡ heredity ¡(create ¡breeds ¡that ¡ were ¡beUer ¡suited ¡to ¡ agricultural ¡produc=on ¡by ¡ ma=ng ¡individual ¡organisms ¡ with ¡desirable ¡traits) ¡ Introduc=on: ¡Molecular ¡Biology ¡Pre-­‑ History ¡ • In ¡terms ¡of ¡crops, ¡humans ¡ have ¡selected ¡for ¡varie=es ¡ with ¡significantly ¡beUer ¡ viability ¡ – Crop ¡variants ¡that ¡produce ¡ more ¡fruit/vegetable ¡ – Crops ¡that ¡are ¡more ¡resistant ¡ to ¡pests ¡ • Using ¡Molecular ¡Biology: ¡ – Clone ¡genes ¡that ¡allow ¡for ¡pest ¡ resistance ¡etc. ¡ – Gene=c ¡Modifica=on: ¡Insert ¡ that ¡into ¡the ¡genome ¡of ¡a ¡ plant ¡using ¡ Agrobacterium ¡ (round-­‑up ¡ready/Bt ¡crops) ¡ 2 ¡

8/22/11 ¡ Introduc=on: ¡Molecular ¡Biology ¡Pre-­‑ History ¡ • Besides ¡domes=ca=on, ¡understanding ¡how ¡ heredity ¡works ¡also ¡is ¡extremely ¡important ¡for ¡ public ¡health ¡ Humans ¡have ¡known ¡for ¡long ¡periods ¡of ¡=me ¡that ¡ • inbreeding ¡generally ¡results ¡in ¡expression ¡of ¡ deleterious ¡traits ¡(generally ¡due ¡to ¡more ¡efficient ¡ transmission ¡of ¡deleterious ¡gene ¡variants) ¡ • Let’s ¡take ¡the ¡example ¡of ¡the ¡Romanov’s ¡ – Tsar ¡Nicholas ¡Romanov ¡II ¡was ¡the ¡Czar ¡of ¡Russia ¡from ¡ ¡ – The ¡family ¡included ¡his ¡wife ¡Alexandria ¡as ¡well ¡as ¡ four ¡daughters ¡ • On ¡August ¡12, ¡1904 ¡Tsar ¡Nicholas ¡II ¡and ¡Alexandria ¡ had ¡their ¡first ¡son, ¡Alexis ¡ • Alexis ¡was ¡clumsy ¡as ¡a ¡young ¡child ¡and ¡fell ¡oben. ¡ ¡ When ¡he ¡cut ¡or ¡scraped ¡himself, ¡he ¡bled ¡profusely, ¡ and ¡bruises ¡caused ¡uncontrollable ¡internal ¡ bleeding ¡ Alexis ¡was ¡suffering ¡from ¡a ¡disease ¡called ¡ • hemophilia, ¡which ¡ran ¡through ¡the ¡Royal ¡Families ¡ of ¡Europe ¡through ¡the ¡19 th ¡century ¡ ¡ ¡ ¡ Introduc=on: ¡Molecular ¡Biology ¡Pre-­‑ History ¡ Introduc=on: ¡Molecular ¡Biology ¡Pre-­‑ History ¡ At ¡the ¡=me ¡of ¡the ¡Romanov’s, ¡it ¡was ¡known ¡ • that ¡the ¡disorder ¡ran ¡in ¡within ¡families ¡ – It ¡was ¡unknown ¡what ¡the ¡mechanism ¡of ¡ inheritance ¡of ¡the ¡disease ¡was ¡ – It ¡was ¡unknown ¡what ¡genes ¡were ¡implicated ¡ Today, ¡through ¡Molecular ¡Biology, ¡we ¡know ¡ • that ¡hemophiliacs ¡contain ¡a ¡defec=ve ¡ variant ¡of ¡the ¡Cloeng ¡Factor ¡VIII ¡gene ¡on ¡ the ¡X ¡chromosome ¡ Today, ¡hemophilia ¡is ¡not ¡a ¡life ¡threatening ¡ • disease ¡and ¡that ¡blood ¡transfusions ¡are ¡ unnecessary ¡ • Today, ¡using ¡molecular ¡biology ¡ in ¡vitro , ¡we ¡ can ¡produce ¡the ¡Cloeng ¡Factor ¡VIII ¡protein, ¡ which ¡can ¡be ¡given ¡to ¡pa=ents ¡ 3 ¡

8/22/11 ¡ Introduc=on: ¡Molecular ¡Biology-­‑ Where ¡We ¡Go ¡From ¡Here ¡ • Define ¡Molecular ¡Biology ¡ – Ini=al ¡Terms ¡ – Modern ¡Terms ¡ • Understand ¡the ¡links ¡between ¡Gene=cs ¡and ¡ Molecular ¡Biology ¡ – How ¡the ¡field ¡of ¡Molecular ¡Biology ¡grew ¡out ¡of ¡ Gene=cs ¡ – How ¡we ¡came ¡to ¡learn ¡which ¡molecule ¡contains ¡the ¡ gene=c ¡informa=on ¡ Introduc=on: ¡Molecular ¡Biology-­‑ Where ¡We ¡Go ¡From ¡Here ¡ • Define ¡Molecular ¡Biology ¡ – Ini=al ¡Terms ¡ – Modern ¡Terms ¡ • Understand ¡the ¡links ¡between ¡Gene=cs ¡and ¡ Molecular ¡Biology ¡ – How ¡the ¡field ¡of ¡Molecular ¡Biology ¡grew ¡out ¡of ¡ Gene=cs ¡ – How ¡we ¡came ¡to ¡learn ¡which ¡molecule ¡contains ¡the ¡ gene=c ¡informa=on ¡ Introduc=on: ¡The ¡General ¡Defini=on ¡ of ¡Molecular ¡Biology ¡ The ¡term ¡Molecular ¡Biology ¡was ¡coined ¡by ¡ • Dr. ¡Warren ¡Weaver ¡in ¡1938 ¡ • Warren ¡Weaver ¡was ¡a ¡civil ¡engineer ¡and ¡ mathema=cian ¡by ¡trade ¡ • Weaver ¡was ¡a ¡great ¡advocate ¡for ¡science ¡ and ¡was ¡responsible ¡for ¡suppor=ng ¡grants ¡ for ¡gene=cs ¡and ¡molecular ¡biology ¡ ¡ • He ¡defined ¡molecular ¡biology ¡as ¡the ¡study ¡ of ¡biological ¡phenomena ¡at ¡the ¡molecular ¡ level ¡(ini=al ¡defini=on) ¡ – This ¡defini=on ¡covers ¡a ¡wide ¡range ¡of ¡ phenomena ¡ – This ¡defini=on ¡is ¡inaccurate ¡in ¡that ¡it ¡does ¡ not ¡explain ¡ 4 ¡