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1.6 : Les organismes modèles facilitent les avancées génétiques - Biologie

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Organismes modèles

Bon nombre des grands progrès de la génétique ont été réalisés en utilisant des espèces qui ne sont pas particulièrement importantes d'un point de vue médical, économique ou même écologique. Aujourd'hui, un petit nombre d'espèces sont largement utilisées comme organismes modèles en génétique (Fig 1.17). les chromosomes sont présents par paires).

Les organismes modèles les plus couramment utilisés sont :

  • La bactérie procaryote, Escherichia coli, est l'organisme modèle génétique le plus simple et est souvent utilisé pour cloner des séquences d'ADN d'autres espèces modèles.
  • Levure (Saccharomyces cerevisiae) est un bon modèle général pour les fonctions de base des cellules eucaryotes.
  • Le ver rond, Caenorhabditis elegans est un modèle utile pour le développement d'organismes multicellulaires, en partie parce qu'il est transparent tout au long de son cycle de vie et que ses cellules subissent une série de divisions bien caractérisées pour produire le corps adulte.
  • La mouche des fruits (Drosophila melanogaster) a été étudiée plus longtemps, et probablement plus en détail, que tout autre organisme modèle génétique encore utilisé, et est un modèle utile pour étudier le développement ainsi que la physiologie et même le comportement.
  • La souris (Mus musculus) est l'organisme modèle le plus étroitement lié aux humains, mais il existe quelques difficultés pratiques à travailler avec des souris, telles que le coût, le temps de reproduction lent et des considérations éthiques.
  • Le poisson zèbre (Danio rerio) a plus récemment été développé par des chercheurs comme modèle génétique pour les vertébrés. Contrairement aux souris, les embryons de poisson zèbre se développent rapidement et à l'extérieur de leur mère, et sont transparents, ce qui facilite l'étude du développement des structures internes et des organes.
  • Enfin, une petite mauvaise herbe, Arabidopsis thaliana, est l'organisme modèle phytogénétique le plus étudié. Cela fournit des connaissances qui peuvent être appliquées à d'autres espèces végétales, telles que le blé, le riz et le maïs.

PhenoDigm : analyser des annotations organisées pour associer des modèles animaux à des maladies humaines

L'objectif ultime de l'étude des organismes modèles est de traduire ce qui est appris en connaissances utiles sur la biologie humaine normale et la maladie afin de faciliter le traitement et le dépistage précoce des maladies. Les progrès récents des technologies génomiques permettent de générer rapidement des modèles avec une gamme de génotypes ciblés ainsi que leur caractérisation par phénotypage à haut débit. Au fur et à mesure que de nombreuses données phénotypiques deviendront disponibles, seule une analyse systématique permettra de tirer des conclusions valables à partir de ces données et de les transférer aux maladies humaines. En raison du volume de données, les méthodes automatisées sont préférables, permettant une analyse fiable des données et fournissant des preuves sur d'éventuelles associations gène-maladie. Ici, nous proposons des comparaisons de phénotypes pour les gènes et les modèles de maladie (PhenoDigm), en tant que méthode automatisée pour fournir des preuves sur les associations gène-maladie en analysant les informations sur le phénotype. PhenoDigm intègre les données d'une variété d'organismes modèles et, en même temps, utilise plusieurs méthodes de notation intermédiaires pour identifier uniquement les candidats génétiques fortement étayés par les données pour les maladies génétiques humaines. Nous montrons les résultats d'une évaluation automatisée ainsi que des exemples sélectionnés manuellement qui soutiennent la validité de PhenoDigm. De plus, nous fournissons des conseils sur la façon de parcourir les données avec l'interface Web de PhenoDigm et illustrons son utilité pour soutenir la recherche. URL de la base de données : http://www.sanger.ac.uk/resources/databases/phenodigm

Les figures

Détermination de la similarité phénotypique de…

Déterminer la similarité phénotypique de deux entités, par ex. un modèle de souris et un…

Analyse ROC du phénotype de PhenoDigm…

Analyse ROC de la méthode de priorisation du phénotype de PhenoDigm appliquée au modèle murin de MGD – maladie…

Pour parcourir efficacement les résultats obtenus…

Pour parcourir efficacement les résultats de priorisation obtenus, une interface Web a été développée. Comme…


Les humains en tant qu'organisme modèle : le moment est venu

Cette question de LA GÉNÉTIQUE présente un article qui signale l'intention du comité de rédaction pour la revue d'accroître sa présence dans le domaine de la génétique humaine. Dans ses 98 ans d'histoire LA GÉNÉTIQUE a présenté de nombreux articles dans lesquels l'espèce en question était Homo sapiens, mais jusqu'à récemment, ceux-ci relevaient en grande partie du domaine de la génétique des populations. Nous avons l'intention de maintenir la revue comme un lieu de haut niveau et de grande visibilité pour la communication de la recherche en génétique des populations humaines, car les nouvelles technologies de séquençage ont rendu ce domaine plus important que jamais.

Mais la revue a rarement publié des articles sur l'identification des gènes humains et l'analyse de leur fonction. Nous voulons que cela change, car la profondeur de l'analyse génétique des humains se rapproche maintenant de celle possible avec des organismes expérimentalement traitables qui ont longtemps été présentés dans le journal.

Ceci pour principalement deux raisons. Premièrement, des progrès remarquables dans les technologies de la génomique et des séquences d'ADN permettent une identification facile des gènes humains et de leurs variantes de séquence d'ADN qui provoquent des maladies et des syndromes. Il n'y a pas si longtemps, il était difficile de cartographier et de cloner un gène responsable d'un phénotype (généralement une maladie) chez l'homme. Aujourd'hui, c'est presque un jeu d'enfant. Deuxièmement, des décennies de travail sur quelques organismes expérimentaux les ont établis comme modèles pour la fonction des gènes et des voies qui sont conservés tout au long de l'arbre de vie et ont fourni des outils sophistiqués pour analyser ces gènes et explorer les voies dans lesquelles ils sont impliqués. La fonction du produit d'un gène humain peut souvent être déterminé en étudiant son ou ses orthologues dans un organisme modèle. Ce mariage d'organisme modèle et de génétique humaine apporte une compréhension approfondie de la fonction des gènes humains, et il le fait très rapidement.

Le papier de Brooks et al. dans ce numéro de LA GÉNÉTIQUE est un exemple éclatant du pouvoir d'enrôler des organismes modèles au service de la génétique humaine. Dans un commentaire, Hieter et Boycott racontent comment nous sommes au milieu d'une ère sans précédent de découverte de gènes de maladies humaines, et comment exploiter le pouvoir analytique des organismes modèles sera nécessaire pour atteindre les objectifs ultimes de la génétique humaine : une compréhension de la fonction des gènes , des connaissances sur la biologie de la maladie et le développement de thérapies efficaces.

Les éditeurs de LA GÉNÉTIQUE veulent étendre la portée de la revue dans la conversation sur la génétique humaine. Nous recherchons des soumissions d'articles, comme Brooks et al., qui donnent un aperçu de la fonction et de la maladie des gènes humains. Plus généralement, LA GÉNÉTIQUE (et notre journal sœur, G3 : Gènes | Génomes | La génétique) cherchent à publier des articles décrivant des études méthodologiques et empiriques sur l'homme qui font progresser la compréhension des concepts fondamentaux de la génétique, tels que :

Méthodes de cartographie des loci qui sous-tendent les phénotypes humains.

Organisation et structure du génome.

Modification du génome (épigénomique).

Évaluation des taux de mutation et de recombinaison et de leur variation génomique.

Génétique et génomique des populations humaines.

Identification des variantes génétiques qui causent la maladie.

Nous avons recruté – et continuerons de recruter – des généticiens humains en exercice réputés en tant que rédacteurs associés pour nous aider à choisir les meilleurs articles que le domaine a à offrir pour publication dans la revue. j'ai hâte de LA GÉNÉTIQUE faisant partie d'une contribution longue et productive de l'organisme modèle et de la génétique humaine.


Résumé

La biologie synthétique vise à créer des dispositifs, des systèmes et des organismes fonctionnels dotés de fonctions nouvelles et utiles sur la base de blocs de construction biologiques catalogués et standardisés. Bien qu'ils aient été initialement construits pour élucider la dynamique de processus simples, les dispositifs conçus contribuent désormais à la compréhension des mécanismes de la maladie, fournissent de nouveaux outils de diagnostic, permettent la production économique de produits thérapeutiques et permettent la conception de nouvelles stratégies pour le traitement du cancer, des maladies immunitaires et troubles métaboliques, tels que le diabète et la goutte, ainsi que toute une gamme de maladies infectieuses. Dans cette revue, nous couvrons l'impact et le potentiel de la biologie synthétique pour les applications biomédicales.

En appliquant les principes d'ingénierie à la biologie, la biologie synthétique est devenue la science du réassemblage de composants biologiques catalogués et standardisés de manière systématique et rationnelle pour créer et concevoir des dispositifs, des systèmes et des organismes biologiques fonctionnels dotés de fonctions prévisibles, utiles et nouvelles. La biologie synthétique est capable d'utiliser un inventaire de pièces biomoléculaires compilé sur 50 ans de recherche en biologie moléculaire et génomique fonctionnelle 1,2,3,4 , ainsi qu'une technologie qui a permis d'analyser 5,6 , synthétiser 7,8, 9, assembler 10, modifier 11 et transférer 12,13 composants génétiques dans des organismes vivants.

Bien qu'il soit récemment devenu possible de reconstruire un organisme vivant après le transfert d'un génome synthétique qui a été assemblé à partir de morceaux d'acides nucléiques synthétisés chimiquement 13,14, la conception rationnelle de circuits biologiques de pointe avec des fonctions prévisibles reste difficile et est apparemment limité à une poignée de gènes 15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31 .

Les circuits synthétiques sont composés de composants de contrôle hétérologues de base qui affinent l'expression du transgène en réponse à des signaux exogènes spécifiques ou à des métabolites endogènes 32 . Ces commutateurs géniques comprennent les interactions protéine-ADN inductible par déclencheur 33,34,35,36 ou aptamère-transcription 37,38,39, qui contrôlent la transcription et la traduction en réponse à des signaux d'entrée hétérologues et endogènes (Fig. 1). La conception standardisée des commutateurs génétiques a amélioré la compatibilité fonctionnelle 40,41 et a permis la construction de réseaux d'ordre supérieur - y compris les entrées multi-déclenchement et le contrôle séquentiel 42,43, le contrôle mutuel 20,23,44,45 et le contrôle de rétroaction 16, 19,28,46 des composants du circuit - qui sont capables de fournir une dynamique d'expression protéique complexe avec une haute précision et une logique prévisible en réponse à des signaux externes ou à des voies physiologiques. Étant donné que la plupart des composants de contrôle fonctionnent dans différentes espèces bactériennes et eucaryotes après des améliorations mineures 36,47,48,49, les commutateurs génétiques et les plans de réseau qui ont été mis au point dans les bactéries ou les levures sont souvent pleinement fonctionnels dans les cellules de mammifères. Des exemples de réseaux synthétiques avec des composants et une topologie de circuit similaires dans les cellules bactériennes et mammifères comprennent : systèmes d'éco-détection, systèmes de détection de quorum synthétiques, systèmes d'hormones synthétiques 46,53,54, filtres passe-bande 21,30,55 et différents types d'oscillateurs qui programment l'expression transgénique rythmique avec une fréquence et une amplitude réglables 16,26,27 ,28,29,56,57 . La plupart de ces circuits synthétiques de première génération fonctionnaient de manière isolée sans aucune interface avec le métabolisme de la cellule hôte, et ils étaient utilisés pour programmer des fonctions cellulaires spécifiques à l'aide de signaux d'entrée externes hétérologues 58,59,60,61,62.

une | Contrôle d'expression basé sur la répression. Une protéine répresseur se lie à son opérateur et empêche ainsi l'activation du promoteur et l'expression du gène d'intérêt. En réponse à un inducteur, le répresseur se dissocie de l'opérateur, le promoteur est déréprimé et le gène d'intérêt est exprimé. b | Contrôle d'expression basé sur l'activation. Un promoteur minimal (Pmin) est activé lorsqu'un facteur de transcription chimérique qui est construit en fusionnant une protéine répresseur à un domaine d'activation de la transcription se lie à son opérateur. En présence d'un inducteur, le complexe protéine répresseur-domaine d'activation de transcription se dissocie de son opérateur, Pmin n'est plus activé et la transcription du gène d'intérêt est empêchée. c | Contrôle de l'expression basé sur le transcrit d'ARNm. Un ribozyme auto-clivant est fusionné à un aptamère se liant à de petites molécules et introduit dans la région 3' non traduite (UTR) d'un gène d'intérêt. En l'absence de l'inducteur, le ribozyme subit un auto-clivage, éliminant ainsi la queue poly(A) (pA) du cadre de lecture ouvert et empêchant la traduction. Cependant, en présence de l'inducteur, l'aptamère subit un changement de conformation, qui inactive le ribozyme et permet à la traduction de se produire.

Les principaux défis qui surviennent souvent dans le cadre biomédical sont la nécessité d'une spécificité médicament-cible, de régimes de dosage précis des médicaments, de minimiser les effets secondaires, de raccourcir les délais entre le diagnostic et le traitement et d'éviter la résistance aux médicaments des agents pathogènes. Comme la biologie synthétique permet l'ingénierie de dispositifs de contrôle complexes et de haute précision qui associent des mécanismes de détection et d'administration, cette science émergente pourrait offrir des outils adaptés pour relever les défis biomédicaux actuels de nouvelles manières. Une décennie après que les réseaux synthétiques pionniers aient été signalés 18,20, les premières applications thérapeutiques réussies dans des modèles animaux de maladies humaines importantes commencent à émerger 63,64,65. Cette revue se concentre sur les progrès récents de la biologie synthétique vers l'amélioration de la santé humaine, y compris les applications de diagnostic, la conception de nouvelles stratégies de soins préventifs, les progrès dans la découverte, la conception et l'administration de médicaments et le développement de nouvelles stratégies de traitement, telles que les réseaux prothétiques. La biologie synthétique tient la promesse d'offrir des opportunités uniques pour des avancées majeures dans l'amélioration de la santé humaine au XXIe siècle 4,66,67.

Comprendre les mécanismes de la maladie

Mécanismes pathogènes. La disponibilité d'une technologie abordable pour synthétiser et assembler 10 séquences de protéines ou de génomes viraux 68 et bactériens 69 à une vitesse accrue a considérablement amélioré notre compréhension des interactions hôte-pathogène et des mécanismes de la maladie. Le principe de biologie synthétique de « l'analyse par synthèse » fournit un aperçu mécaniste en combinant la synthèse rapide, l'assemblage, le brassage et la mutation de composants génétiques individuels avec une analyse fonctionnelle simple. Par exemple, le génome du virus H1N1 qui était responsable de la pandémie de grippe espagnole de 1918 a été synthétisé à l'aide d'informations de séquence provenant de morceaux génomiques extraits d'échantillons de tissus conservés dans le pergélisol. L'analyse fonctionnelle du virus reconstruit a fourni de nouvelles informations sur les principaux facteurs de virulence de l'agent pathogène : à savoir, une variante de l'hémagglutinine qui induit la fusion membranaire sans activation de la trypsine et une polymérase modifiée qui améliore la réplication virale 68 . La même étude a également révélé qu'une combinaison de huit gènes était responsable de la virulence exceptionnelle de la souche de grippe espagnole 68,70 . Cette découverte peut aider à identifier le potentiel pandémique des futurs variants du virus 71,72,73.

La synthèse et l'analyse de virus chimériques ont également apporté une contribution substantielle à la compréhension des zoonoses à coronavirus qui étaient responsables de la pandémie du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS) de 2002 et 2003. La caractérisation de l'histoire du coronavirus du SRAS, en particulier de son passage en tropisme, était particulièrement difficile, car ses ancêtres directs ne pouvaient pas être propagés dans des modèles de laboratoire. Cependant, après qu'un coronavirus de chauve-souris semblable au SRAS de 30 kb ait été conçu pour contenir la protéine de pointe de liaison au récepteur de son homologue humain, le virus chimérique synthétisé a pu se répliquer en culture et infecter les souris 74 . Ces in vivo des études ont révélé des mutations favorisant l'infection dans la protéine de pointe et ont établi cette protéine de surface comme un facteur clé responsable des changements de tropisme dans les zoonoses à coronavirus 74 . La reconstruction d'agents pathogènes par synthèse d'ADN peut également être utilisée pour la production de puces à antigènes diagnostiques à haute densité 75,76, telles que celles utilisées pour profiler le syndrome post-Lyme 76 ou les réponses immunitaires humorales à l'hépatite C et au virus de l'immunodéficience humaine. (VIH) 77 .

Systèmes immunitaires. La biologie synthétique a récemment fourni de nouvelles informations sur les troubles liés aux déficiences du système immunitaire, connu pour ses circuits de contrôle et ses réseaux d'interaction cellulaire particulièrement complexes. Par exemple, un dysfonctionnement de l'activation des lymphocytes B sous-tend plusieurs troubles physiologiques 78 . La reconstitution fonctionnelle et l'analyse de la cascade de signalisation du récepteur antigénique des cellules B humaines (BCR) dans les cellules d'insectes ont révélé que les BCR ne sont pas activés par la réticulation spécifique de l'antigène, comme présenté dans les manuels, mais ont plutôt une conformation oligomère auto-inhibiteur sur les lymphocytes B au repos qui se déplace vers une forme dissociée active lorsque les antigènes se lient 79 . Cela déclenche la cascade de signalisation, qui entraîne la production d'anticorps et l'apparition d'une réponse immunitaire humorale.

De plus, la construction d'une représentation du peptidome humain complet conçu pour être affiché à la surface des phages T7 a permis à Church et ses collègues 80 de découvrir de nouveaux auto-antigènes. Ils ont utilisé des auto-anticorps dérivés de patients pour enrichir les peptides auto-antigéniques affichés sur les phages, ils ont ensuite pu identifier les antigènes par analyse de séquence à haut débit 80 . La connaissance des antigènes impliqués dans les processus auto-immuns est importante pour comprendre l'étiologie de la maladie, développer des tests de diagnostic précis et concevoir des médicaments qui neutralisent les cellules immunitaires autoréactives 80 .

Vaccins. L'assemblage et l'ingénierie à haut débit et haute précision de génomes entiers à partir de composants génétiques bien définis à l'aide de principes de biologie synthétique ont fourni de nouvelles opportunités pour la conception d'agents pathogènes atténués à utiliser comme vaccins.Par exemple, les primates immunisés avec des particules pseudo-virales qui ont été produites par l'expression sélective de protéines structurelles particulières du virus chikungunya (CHIKV) ont été protégés contre la virémie après une provocation à haute dose, même les souris immunodéficientes qui ont été traitées avec des anticorps dérivés du singe ont survécu à des doses mortelles ultérieures. de CHIKV 81 . La synthèse et l'assemblage de l'ADN ont également joué un rôle essentiel dans la mise au point d'un vaccin vivant sûr contre le poliovirus 82 . Le poliovirus a été atténué par des changements systématiques à l'échelle du génome des paires adjacentes de codons d'ensembles de codons sur-représentés à sous-représentés dans les gènes de capside virale (par exemple, GCC|GAA est fortement sous-représenté par rapport à GCA|GAG, bien que les deux codent Ala-Glu ). Ces changements ont réduit la traduction et ont altéré la compétence de réplication et l'infectiosité du virus. Ce poliovirus atténué assure une immunisation protectrice chez la souris et offre un niveau de sécurité élevé étant donné la faible probabilité que les 631 modifications individuelles s'inversent et reconstituent ainsi des virus infectieux de type sauvage. L'approche d'ingénierie du génome utilisée ici pourrait représenter une stratégie générale pour la conception de vaccins vivants contre les maladies infectieuses. D'autres concepts de vaccination prometteurs incluent l'utilisation de liposomes immunostimulants producteurs d'antigènes comme vaccins synthétiques génétiquement programmables 83 et la production de vaccins oraux thermostables à base d'algues pour protéger contre Staphylococcus aureus infections 84,85 .

Contrôle vectoriel. La suppression des populations d'insectes vecteurs à l'aide de souches virales transgéniques qui hébergent des circuits synthétiques conditionnels dominants létaux peut contrôler la transmission des parasites du paludisme et des virus de la dengue et pourrait éventuellement contrôler la propagation de maladies incurables 86,87,88. Les moustiques transgéniques pour un transactivateur dépendant de la tétracycline (tTA) exclusivement exprimé dans le muscle de vol indirect de la femelle ne peuvent se propager qu'en présence de tétracycline, qui réprime la transcription de ce gène. Cependant, l'absence de tétracycline conduit au développement d'un phénotype aptère spécifique à la femelle 87,88. Mettre les œufs de ce moustique transgénique dans l'écosystème entraîne des lâchers de mâles uniquement. Les mâles ne transmettent pas la maladie, mais ils diffusent le circuit synthétique à travers la population résidente de moustiques de type sauvage 87,88 (Fig. 2a).

une | Un réseau de gènes dominants létaux spécifiques aux femelles pour le contrôle des moustiques. Les moustiques ont été conçus pour exprimer une variante contenant des introns de la tétracycline (TET) transactivateur (tTA) sous le contrôle d'un promoteur spécifique au muscle de vol (PFM). Chez les moustiques mâles, l'intron n'est pas épissé, ce qui empêche la traduction correcte de tTA. Dans la descendance femelle, cependant, la traduction fonctionnelle du tTA est restaurée par l'épissage de l'ARNm spécifique au sexe. Cela se traduit par l'activation du promoteur P sensible au tTATET et l'expression d'un gène toxique qui déclenche un phénotype incapable de voler. Si les moustiques sont élevés en présence de tétracycline (TET), le tTA est empêché d'activer PTET, ce qui donne un phénotype normal. Cependant, après leur libération dans l'environnement sans TET, les mâles modifiés s'accouplent avec des femelles de type sauvage. Cela transmet le phénotype dominant spécifique à la femelle sans vol et devrait éventuellement entraîner la réduction ou l'extinction de la population de type sauvage. b | Propagation d'un gène égoïste convertissant un hôte hétérozygote en un hôte homozygote. L'endonucléase à tête chercheuse I-SceI est exprimé et clive son site de restriction apparenté (RS) sur le chromosome homologue. Après résection terminale et réparation, l'I-SceI cassette d'expression est insérée dans le deuxième chromosome. pA, queue poly(A).

De même, un système de forçage génétique basé sur des endonucléases synthétiques pourrait être utilisé pour diffuser des modifications génétiques, telles que la résistance au paludisme, des moustiques modifiés à la population de terrain. Les endonucléases de ralliement produisent généralement une seule cassure double brin spécifique à une séquence dans le génome de l'hôte qui est réparée par recombinaison homologue en utilisant le gène de l'endonucléase de ralliement (HEG) comme matrice. Par conséquent, le HEG égoïste est copié sur le chromosome cassé dans un processus de conversion génique appelé « homing ». Exprimer le HEG I-SceI sous le contrôle d'un promoteur de lignée germinale mâle a permis un homing efficace chez les mâles transhétérozygotes et un entraînement génétique rapide, ce qui a conduit à une invasion de HEG dans des populations de moustiques en cage 89 (Fig. 2b). En manipulant la spécificité de séquence d'autres HEG (par exemple, I-Anije ou je-CréI), le concept de forçage génétique pourrait, en principe, être utilisé pour activer ou désactiver des fonctions génétiques qui ciblent la capacité du moustique à servir de vecteur de maladie 89 .

Des essais sur le terrain de lâcher d'insectes porteurs de la technologie de létalité dominante (RIDL) à l'aide de moustiques transgéniques tTA de première génération ont déjà été menés à Grand Cayman. Tout d'abord, un lâcher à petite échelle a confirmé que les mâles transgéniques pouvaient survivre, s'accoupler avec des femelles sauvages et produire des larves transgéniques, puis l'essai complet sur le terrain a montré une réduction de 80 % du nombre de moustiques sauvages environ 11 semaines après le lâcher. Comme le site d'étude n'était pas isolé et que les zones environnantes contenaient de fortes densités de moustiques de type sauvage, l'évaluation de l'efficacité de suppression réelle reste difficile 90 .

Découverte de médicament. Les circuits de transcription synthétiques de mammifères constitués d'un facteur de transcription chimérique sensible aux petites molécules et d'un promoteur synthétique apparenté ont été conçus à l'origine pour les futures thérapies géniques, et l'objectif était d'ajuster l'expression thérapeutique du transgène dans les cellules de mammifères en réponse à une substance pharmacologiquement active 34 ,47,49,91 . Comme la plupart des facteurs de transcription chimériques sont dérivés de répresseurs qui gèrent la résistance aux médicaments chez les bactéries (par exemple, la résistance aux antibiotiques 92 ) et sont proches des composés structurellement apparentés, les cellules de mammifères contenant de tels circuits pourraient également être utilisées en « mode inverse », comme criblage intégré dispositifs pour la découverte spécifique à une classe de nouveaux candidats médicaments 33,93 (par exemple, de nouveaux antibiotiques 92 ) (Fig. 3a). Lorsque des cellules de mammifères transgéniques pour le circuit de criblage sont exposées à une bibliothèque de composés, elles détectent et modulent l'expression du gène rapporteur en présence d'une molécule non toxique, perméable aux cellules et biodisponible qui a une structure centrale spécifique à une classe et le médicament correspondant activité (par exemple, activité antibiotique) (Fig. 3b). En utilisant la même configuration de criblage, des composés ont été détectés qui verrouillent le facteur de transcription sur l'ADN, ce qui peut bloquer l'induction de la résistance aux antibiotiques chez les agents pathogènes et les rendre sensibles aux médicaments 94 (par exemple, voir Bioversys). L'utilisation de ces composés avec l'antibiotique spécifique peut offrir de nouvelles opportunités de traitement anti-infectieux et un nouveau cycle de vie pour les antibiotiques établis (Fig. 3c). D'autres systèmes de contrôle de la transcription inductibles par un déclencheur peuvent également être utilisés de cette manière, tels que ceux qui répondent à la streptogramine 47, à la tétracycline ou aux antibiotiques macrolides 91, aux médicaments antidiabétiques 95 ou aux lactones immunosuppresseurs 96,97.

une | Identification des antibiotiques. Dans les cellules d'ovaire de hamster chinois (CHO-K1), le répresseur sensible à la streptogramine (PIP) a été exprimé par un promoteur constitutif (Pconst). PIP se lie à son opérateur multimérique (PIR3) et réprime l'expression du gène rapporteur sécrétée de la phosphatase alcaline (SEAP). L'exposition de cette lignée cellulaire de criblage à une bibliothèque de petites molécules n'a entraîné la production de SEAP que pour des composés de type streptogramine, perméables aux cellules et non toxiques (indiqués par l'étoile brune). b | Découverte de petites molécules capables de vaincre la résistance aux antibiotiques. Les Mycobacterium tuberculosis Le régulateur de résistance aux antibiotiques (EthR) a été fusionné à l'activateur transcriptionnel dérivé de l'herpès simplex (VP16) et exprimé dans des cellules rénales embryonnaires humaines (HEK293-T) sous le contrôle d'un promoteur constitutif (Pconst). Lorsque EthR-VP16 se lie à son opérateur apparenté (OEthR), le promoteur minimal (Pmin) est activé, ce qui entraîne l'expression du gène rapporteur SEAP. Un criblage est effectué pour identifier une molécule perméable aux cellules et non toxique (indiquée par l'étoile jaune) qui empêche EthR de se lier à OEthR, arrêt SEAP expression. c | Surmonter la résistance à l'éthionamide dans M. tuberculose. Dans M. tuberculose, EthR réprime la transcription à la fois de la monooxygénase de Baeyer-Villiger (EthA) et de lui-même dans une boucle de rétroaction négative. Lorsque le 2-phényléthylbutyrate (indiqué par l'étoile rose) est ajouté, il empêche EthR de se lier à son promoteur cible (marqué « P » sur la figure). Cela dépresse la production d'EthA, transformant ainsi l'éthionamide en un composé cytotoxique qui tue la mycobactérie. pA, queue poly(A).

Un exemple de l'efficacité d'un système de circuit de transcription implique le répresseur transcriptionnel bactérien EthR. EthR réprime la transcription de ethA et empêche ainsi la conversion médiée par l'EthA de l'antibiotique de dernière ligne de défense éthionamide en un métabolite tueur d'agents pathogènes 94 . Le 2-phényléthylbutyrate chimique, mieux connu pour sa saveur de fraise, a été le premier composé trouvé qui a spécifiquement inactivé l'EthR et ainsi déclenché ethA l'expression et rétabli la sensibilité de Mycobacterium tuberculosis à l'éthionamide (Fig. 3d). D'autres travaux ont révélé que d'autres composés de rappel d'éthionamide inactivant EthR ont également été testés avec succès dans un modèle murin de tuberculose humaine 98 . La restauration de la sensibilité aux médicaments par inhibition pharmacologique des principaux régulateurs de résistance peut être largement applicable 94 .

Un autre exemple de l'utilisation de circuits synthétiques pour la découverte de médicaments est fourni par des cellules de mammifères qui sont conditionnellement arrêtées dans la phase G1 du cycle cellulaire par des circuits contrôlant l'expression de l'inhibiteur de kinase cycline-dépendante p27. Ces cellules formaient de manière reproductible un mélange de sous-populations isogéniques de cellules inhibées par la prolifération et de cellules proliférantes qui avaient spontanément échappé au bloc 99 du cycle cellulaire synthétique. Ces cellules pourraient être utilisées comme modèle de cancer cellulaire et pourraient être utilisées pour cribler des composés anticancéreux qui éliminent sélectivement les cellules en prolifération tout en laissant intactes celles arrêtées 100,101.

Production et délivrance de médicaments. Les voies de synthèse créées en assemblant des cascades ou des réseaux enzymatiques dans des bactéries, des levures et des plantes ont joué un rôle déterminant dans la production économique à grande échelle de médicaments et de précurseurs de médicaments de grande valeur, ainsi que pour la biosynthèse de nouveaux métabolites secondaires avec de nouveaux activités thérapeutiques. On peut citer à titre d'exemples les polycétides complexes 102,103, les alcaloïdes halogénés 104,105,106 et les précurseurs du médicament antipaludique artémisinine (produit par exemple par la société Amyris) 107 et du composé anticancéreux taxol 108 . Pour la production de ces composés, il a été nécessaire de surmonter plusieurs défis, notamment l'expression fonctionnelle d'enzymes biosynthétiques complexes (telles que les monooxygénases du cytochrome P450 109) et l'orchestration globale de la voie en plusieurs étapes pour éviter l'accumulation de produits intermédiaires (toxiques) et assurer canalisation métabolique 60 .

Les interactions protéine-protéine et protéine-ADN sensibles aux petites molécules qui sont utilisées pour lancer des commutateurs géniques dans les cellules de mammifères 36,49,110 ont également été repensées avec succès dans la conception de matériaux biohybrides inductibles par un déclencheur pour l'administration de médicaments 111 112 113 114 115 . En utilisant des monomères synthétiques protéine-polyacrylamide et ADN-polyacrylamide, des hydrogels peuvent être produits qui se dissolvent lorsque des ligands spécifiques sont fournis (Fig. 4). Les produits biopharmaceutiques (par exemple, le facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF)) fournis pendant la formation du gel sont chargés dans l'hydrogel et peuvent être libérés de manière dose-dépendante après implantation sous-cutanée chez la souris et administration orale du composé déclencheur 115 . On pense que toute interaction protéine-protéine et protéine-ADN inductible par un déclencheur pourrait être utilisée pour produire des hydrogels de détection et de libération de médicaments 114,116,117.

Matériau biohybride interactif basé sur l'interaction d'une protéine répresseur avec son motif opérateur d'ADN apparenté. Le répresseur homodimérique de la tétracycline (TetR) est converti en un répresseur à chaîne unique (scTetR) en connectant deux sous-unités TetR via un linker peptidique flexible, et il est marqué avec six histidines (scTetR-His6). Cette molécule est couplée à un polymère et est mélangée à un polyacrylamide qui possède des copies d'un opérateur tétracycline (teto) qui y est attaché. scTetR se lie à teto ainsi des réticulations sont formées, faisant un hydrogel. Lorsque la tétracycline est ajoutée, scTetR libère teto, et le gel est dissous. Cela peut être utilisé pour libérer une autre molécule qui était attachée au polymère - dans ce cas, la cytokine interleukine 4 (IL-4).

Nouveaux traitements contre les infections

Briser la résistance bactérienne par les phages de conception. Les biofilms sont des communautés bactériennes associées à la surface qui sont enfermées dans une matrice de substance polymère extracellulaire (EPS) hydratée composée de polysaccharides, de protéines, d'acides nucléiques et de lipides. Ils sont essentiels à la pathogenèse de nombreuses bactéries cliniquement importantes et présentent une résistance à la fois au système immunitaire et aux traitements antimicrobiens, ce qui les rend difficiles à éradiquer 118 119 . Collins et ses collègues 120 ont conçu avec succès le bactériophage T7 pour exprimer constitutivement la DspB : une enzyme qui hydrolyse le -1,6-N-acétyl-D -glucosamine, qui est une adhésine nécessaire à la formation et à l'intégrité du biofilm dans Staphylocoque spp. et Escherichia coli isolats cliniques. L'infection initiale d'un biofilm bactérien par ce bactériophage (appelé T7DspB) entraîne une multiplication rapide du phage et l'expression de DspB. Après lyse, T7DspB et DspB sont libérés dans le biofilm, ce qui entraîne une réinfection et une dégradation du -1,6-N-acétyl-D-glucosamine. Pendant le processus de T7DspB infection, le nombre de cellules du biofilm bactérien est réduit de 99,997% - plus de deux ordres de grandeur supérieur à celui lorsqu'un phage non enzymatique est utilisé 120 .

Dans une étude de suivi, le bactériophage M13 a été conçu pour exprimer LexA3, qui supprime le système de réparation de l'ADN SOS dont les bactéries ont besoin pour contrer le stress oxydatif induit par les antibiotiques 121,122,123. L'infection par ce phage concepteur sensibilise E. coli aux antibiotiques quinolones. L'utilisation de ce phage augmente la survie des souris infectées par E. coli, diminue la survie des bactéries résistantes aux antibiotiques, des cellules persistantes et des cellules du biofilm et réduit le nombre de bactéries résistantes aux antibiotiques qui proviennent d'une population traitée aux antibiotiques. Il agit également comme un puissant adjuvant pour d'autres antibiotiques bactéricides 124 . La plate-forme de phage concepteur peut être utilisée pour produire d'autres adjuvants antibiotiques 124 .

Bien qu'elle ait été abandonnée après l'introduction des antibiotiques, la phagothérapie est actuellement revisitée dans plusieurs essais cliniques à travers le monde alors que la prévalence des agents pathogènes multirésistants augmente considérablement. Bien que la phagothérapie puisse faire face à des défis cliniques associés au développement de la résistance bactérienne aux phages, à la neutralisation des phages par le système immunitaire et à la pharmacocinétique, le domaine recevra certainement une impulsion des phages de conception 125 .

Les bactéries probiotiques modifiées diminuent la virulence des agents pathogènes. Les bactéries peuvent communiquer entre elles à l'aide d'un langage chimique appelé quorum sensing. Les bactéries individuelles produisent et sécrètent des molécules de signalisation (appelées auto-inducteurs) qui sont communes à plusieurs espèces ou qui sont spécifiques à une espèce. Ces molécules s'accumulent à mesure que la population augmente et peuvent se lier à des récepteurs qui coordonnent l'expression des gènes à l'échelle de la colonie ou manipulent le comportement d'autres populations bactériennes. Par exemple, Vibrio cholerae produit l'autoinducteur 1 du choléra (CAI-1) et l'autoinducteur 2 (AI-2), qui déclenchent la répression des principaux facteurs de virulence. Nourrir les bébés souris avec un probiotique E. coli qui produit naturellement AI-2 et a été conçu pour synthétiser constitutivement CAI-1 a considérablement augmenté le taux de survie des animaux après ingestion V. cholerae 126 . Cela suggère qu'une telle approche pourrait être une stratégie économique pour prévenir les maladies infectieuses. Contrairement aux antibiotiques, les interventions basées sur le quorum sensing ne tuent pas les agents pathogènes mais reprogramment leur comportement, cette stratégie peut être exempte de pression de sélection et peut donc être moins susceptible de développer une résistance. Dans une autre étude, des bactéries commensales ont été équipées de circuits synthétiques pour stimuler la production d'insuline dépendante du glucose dans les cellules épithéliales intestinales 127 .

Malgré des décennies de progrès dans le traitement du cancer, un défi majeur demeure : comment cibler spécifiquement et tuer sélectivement les cellules néoplasiques qui se développent dans les tissus natifs et implantés et se déplacent dans l'organisme pour former des métastases. Par conséquent, les stratégies thérapeutiques conçues pour éliminer les cellules cancéreuses doivent être extrêmement précises pour cibler exclusivement les tissus malades tout en laissant les tissus normaux intacts. Bien que la cytotoxicité native ou l'expression constitutive de composés anticancéreux aient démontré un certain potentiel dans les études animales et les essais cliniques humains 128 , les circuits d'expression médicamenteuse inductibles par déclencheur délivrés par des bactéries invasives pour la tumeur ou des particules virales transductrices de tumeur peuvent améliorer le traitement du cancer. Les biologistes synthétiques ont récemment conçu quelques dispositifs anticancéreux qui fournissent une synchronisation, un emplacement et un dosage précis de la production de médicaments par des signaux externes et pourraient fournir des effets intra-tumoraux plus importants tout en minimisant la toxicité systémique.

Dispositifs synthétiques bactériens. Après injection intraveineuse ou administration orale, de nombreuses espèces bactériennes (par exemple, E. coli et Salmonelle spp.) détectent et se propulsent naturellement vers les tumeurs. Ces bactéries ont également été conçues pour envahir et proliférer sélectivement dans les tissus tumoraux et pour produire des composés cytotoxiques ainsi que des protéines rapporteurs pour le suivi non invasif de la régression tumorale 128 . Ces bactéries expriment des flagelles pour pénétrer dans les tissus et des récepteurs chimiotactiques pour favoriser la migration vers l'aspartate produit par les cellules cancéreuses viables, le ribose libéré par les tissus nécrotiques ou les régions hypoxiques générées par les activités hypermétaboliques des cellules néoplasiques.Après avoir atteint le site tumoral, les bactéries prolifèrent alors dans l'espace extracellulaire ou envahissent les cellules tumorales. Dans les deux cas, la cytotoxicité sélective a été conçue en exprimant des toxines, des cytokines, des antigènes tumoraux, des facteurs pro-apoptotiques ou des enzymes de conversion de promédicaments 128 . Non invasif E. coli a été programmé avec succès pour envahir les cellules tumorales cultivées d'une manière sensible à l'hypoxie ou dépendante de la densité de population. Les circuits correspondants sont constitués du promoteur formiate déshydrogénase induit par voie anaérobie entraînant le Yersinia pseudotuberculosis gène de l'invasine (inv), qui médie l'invasion en utilisant des récepteurs d'intégrine spécifiques qui sont généralement exprimés sur les cellules tumorales. L'invasion dépendante de la densité de population nécessite un circuit de détection de quorum qui déclenche inv expression après que la population bactérienne a atteint une taille seuil au niveau du site tumoral. Ce circuit se compose d'un récepteur LuxR à détection de quorum qui co-induit luxI (qui code pour l'enzyme produisant l'autoinducteur de messager à détection de quorum 1 (AI-1)), et inv. Expression déclenchée par AI-1 et médiée par LuxR luxI représente une boucle de rétroaction positive qui amplifie inv L'expression et la production d'AI-1 coordonnent et diffusent l'ordre d'invasion dans l'ensemble de la population 129 (Fig. 5a).

une | Invasion dépendante de la densité de population des cellules cancéreuses. Après injection intraveineuse, Escherichia coli s'accumule dans les tissus cancéreux, où il atteint des densités de population élevées. E. coli est conçu pour lier le récepteur LuxR à détection de quorum à un promoteur inductible par l'autoinducteur 1 (AI-1) (Plux). Plux est également utilisé pour conduire luxI et le gène de l'invasine inv. LuxI produit AI-1, générant une boucle de rétroaction positive qui coordonne l'invasion dans toute la population. b | L'acide acétylsalicylique (Aspirine)-déclenché la destruction des cellules cancéreuses après l'invasion de Salmonelle spp. Salmonelle spp. envahissent naturellement les cellules cancéreuses après injection intraveineuse. Salmonelle spp. ont été conçus avec un Pseudomonas putida-Cascade à deux niveaux d'amplification de signal dérivée dans laquelle NahR contrôle le promoteur de salicylate (Psal)-conduit xylS2 expression et XylS2 déclenche alors un promoteur dépendant de XylS2 (Pm)-conduite par l'expression de la cytosine désaminase (marquée CD sur la figure). Le salicylate induit à la fois le P à base de NahRsal et P à médiation XylS2m Activation. Les cellules de mammifères sont résistantes à la 5-fluorocytosine parce qu'elles manquent de cytosine désaminase, qui convertit la 5-fluorocytosine en 5-fluorouracile, un agent thérapeutique anticancéreux toxique. c | Les bactéries invasives suppriment l'expression des oncogènes. E. coli est conçu pour co-exprimer de manière constitutive un ARN en épingle à cheveux court spécifique à la caténine β-1 (shRNA), Listeria monocytogenes listériolysine (LLO*) et inv sous contrôle du promoteur du bactériophage T7 (PT7). Ils envahissent les cellules cancéreuses (à l'aide de la protéine Inv), s'échappent du phagosome (à l'aide de LLO*) et détruisent l'oncogène caténine β-1 (à l'aide de shRNA). | Transduction thérapeutique de protéines. Les particules lentivirales sont produites à l'aide d'un vecteur auxiliaire intégrase-négatif (désigné « assistant » sur la figure) et d'un vecteur d'expression constitutif codant pour la protéine d'intérêt (désignée « protéine » sur la figure) fusionné à la protéine virale R (VPR) et à une protéase site de clivage (PC). Celui-ci peut être délivré à n'importe quelle cellule cible en l'absence d'acides nucléiques viraux et de protéines. Un exemple d'application est décrit dans le texte principal. pA, queue poly(A). PEF1α, promoteur du facteur d'allongement 1 alpha (EF1α).

Des bactéries envahissant les tumeurs ont également été conçues pour l'expression de médicaments inductibles par un déclencheur après avoir pénétré les cellules tumorales. En plus de l'expression du médicament L-arabinose-130 et 131 induite par l'irradiation γ, un dispositif d'expression déclenché par un salicylate synthétique a été utilisé pour contrôler l'expression des composants du médicament après l'administration systémique de la molécule de déclenchement chez la souris dans des cellules tumorales qui ont été envahies. par Salmonelle spp. 132 . L'appareil est basé sur un circuit dérivé de Pseudomonas putida, qui contrôle l'expression de la cytosine désaminase de manière inductible au salicylate 132 . Les cellules de mammifères manquent normalement de cytosine désaminase, ce qui signifie qu'elles sont résistantes à la 5-fluorocytosine car cette enzyme est nécessaire pour convertir la 5-fluorocytosine en la molécule cytotoxique 5-fluorouracile. Des souris porteuses de tumeurs ont reçu une injection Salmonella enterica conçu avec le P. putida-circuit dérivé puis traité à la 5-fluorocytosine. Les souris ont montré une régression tumorale significative lorsqu'elles ont été nourries avec de l'acide acétylsalicylique (Aspirine) 132, qui est rapidement converti en salicylate après ingestion par l'animal (Fig. 5b).

L'ARNi est un mécanisme puissant et hautement conservé pour la suppression ciblée de la traduction de l'ARNm par de petits ARN. Non pathogène E. coli a été conçu pour exprimer une courte épingle à cheveux d'ARN qui déclenche l'ARNi contre la caténine -1, qui est un oncogène 133 spécifique du cancer du côlon. Ces bactéries, qui ont également été conçues pour exprimer des protéines pour médier l'invasion cellulaire et s'échapper du phagosome, ont été administrées par voie orale ou intraveineuse et ont considérablement réduit les niveaux de caténine β-1 dans l'épithélium intestinal et dans les xénogreffes de cancer du côlon humain chez la souris 133 (Fig. 5c ). La combinaison de diverses stratégies de traitement anticancéreux bactérien peut augmenter la sécurité, la spécificité et l'efficacité des futurs essais cliniques.

Dispositifs synthétiques viraux. Des virus ont également été modifiés avec succès pour transduire des cellules spécifiques en exprimant des épitopes qui sont reconnus par des récepteurs de surface cellulaire particuliers et pour exprimer des promédicaments convertases et des cytokines à utiliser dans le traitement du cancer 134 . La plupart de ces virus oncolytiques portent des acides nucléiques viraux codants, ce qui peut provoquer des effets secondaires dus à la recombinaison avec le chromosome hôte ou des éléments proviraux déjà présents dans la cellule hôte. Récemment, des particules virales synthétiques ont été conçues qui manquent d'acides nucléiques codants et qui emballent exclusivement des protéines thérapeutiques, qui peuvent être libérées de manière dose-dépendante 135 . Par exemple, les particules virales transportant la linamarase de Manihot esculenta ont été injectés dans des xénogreffes de cancer du sein humain chez des souris qui avaient été traitées avec la linamarine, un produit naturel non toxique, ces virus ont déclenché une régression tumorale efficace en raison du cyanure produit par la conversion de la linamarase 135 par la linamarase (Fig. 5d). De même, des nanoparticules virales porteuses de protéines ont été utilisées pour délivrer des recombinases d'ADN spécifiques à un site, telles que FLP, pour intégrer ou exciser avec précision des composants génétiques sur le chromosome hôte 136. Ils pourraient également être utilisés pour fournir des facteurs de transcription natifs ou chimériques qui pourraient contrôler de manière transitoire l'expression de gènes cibles impliqués dans des interventions thérapeutiques, le contrôle de la lignée ou l'induction de la pluripotence 137 .

Un capteur de transformation pour le traitement du cancer. Les progrès de la thérapie génique pour le cancer comprennent la livraison à médiation virale de gènes effecteurs cytotoxiques contrôlés par des promoteurs spécifiques du cancer 138,139 ou la livraison de protéines adaptatrices chimériques pour lier la signalisation de la tyrosine kinase à la machinerie des caspases induisant l'apoptose 140 . La plupart des promoteurs et des circuits de contrôle qui coordonnent des réactions simples comme celles-ci sont intrinsèquement bruyants et ne permettent que des réponses linéaires, ce qui signifie un contrôle limité de la spécificité et de l'efficacité. Cependant, l'utilisation de deux signaux d'entrée internes peut améliorer la fidélité, arbitrer des profils de réponse précis et garantir des processus biochimiques robustes 141 . En utilisant des circuits de prise de décision comme modèles, Nissim et Bar-Ziv 142 ont conçu un intégrateur à double promoteur (DPI) accordable pour cibler avec précision les cellules cancéreuses. Le DPI se compose de deux promoteurs natifs qui sont activés simultanément par deux facteurs de transcription indépendants. Chaque promoteur de détection de cancer produit une protéine de fusion différente proportionnellement à son activité, et ces deux protéines s'assemblent en un facteur de transcription chimérique. Ce facteur de transcription active alors un promoteur synthétique qui contrôle l'expression de la thymidine kinase (TK1) du virus de l'herpès simplex de type 1 qui est cytotoxique en présence d'analogues nucléotidiques, comme le ganciclovir (Fig. 6a). Le DPI pourrait être optimisé pour un type de cellule cancéreuse spécifique en utilisant différentes combinaisons de promoteurs d'entrée et de gènes effecteurs, ainsi qu'en modulant l'efficacité d'assemblage et la demi-vie des composants transactivateurs chimériques. Jusqu'à présent, un ensemble de trois promoteurs a été caractérisé en détail, mais la conception DPI peut accueillir d'autres promoteurs appropriés.

une | Un interrupteur anti-cancer à détection de transformation peut consister en un dispositif de détection de transformation à deux entrées avec une logique « ET ». L'appareil surveille en permanence l'état de transformation d'une cellule et produit un signal de destruction lorsque deux marqueurs de malignité apparaissent. Deux promoteurs indépendants sensibles à la malignité entraînent l'expression de deux protéines chimériques (DocS-VP16 et Gal4BD–Coh2). Lorsqu'elles sont exprimées simultanément, les deux protéines se dimérisent pour former un facteur de transcription synthétique qui lie les sites opérateurs Gal4 (OGal4), induit des promoteurs minimaux en aval (Pmin) et déclenche l'expression de la thymidine kinase de type 1 du virus de l'herpès simplex (TK1). En présence de ganciclovir, le système est cytotoxique. b | Un classificateur de cancer basé sur des microARN (miARN) qui distingue les cellules cancéreuses des cellules non transformées en marquant des profils d'expression élevés et faibles d'un ensemble de miARN spécifiques au cancer. Le classificateur se compose de capteurs de miARN haut et bas qui favorisent exclusivement l'expression des gènes de sortie si les miARN d'entrée spécifiques sont exprimés à des niveaux élevés ou bas, respectivement. Dans le capteur de miARN élevé, les concentrations de miARN cibles élevées empêchent la traduction des ARNm codant pour le transactivateur inverse dépendant de la tétracycline (rtTA) et le répresseur de l'opéron lactose (LacI). Cela entraîne une dérépression de la transcription du gène de sortie (marqué 'Sortir' sur la figure). Dans le capteur à faible miARN, l'ARNm codant pour le gène de sortie n'est traduit que lorsque des concentrations de miARN cibles faibles sont présentes. c | En combinant différents capteurs de miARN élevé et faible, le classificateur peut être personnalisé pour détecter des profils prédéterminés de niveaux de miARN élevés et faibles, tels que ceux qui sont généralement produits par les cellules cancéreuses et répondent par l'expression du X humain associé à BCL2 induisant l'apoptose. protéine (BAX). pA, queue poly(A).

Le « classificateur de type cellulaire » récemment développé est conceptuellement similaire au DPI, car il peut également être programmé pour détruire les cellules qui expriment un ensemble spécifique de marqueurs néoplasiques 31 . Le classificateur de type cellulaire combine des composants de contrôle de la transcription et de la traduction dans un seul circuit synthétique évolutif qui détecte les niveaux d'expression d'un ensemble (actuellement jusqu'à six) de microARN endogènes (miARN), il déclenche une réponse induisant l'apoptose uniquement si ces niveaux correspondent à un préréglage. profil. Le classificateur de type cellulaire combine des modules de capteurs pour la détection de miARN fortement et faiblement exprimés (Fig. 6b). Pour la mise en œuvre clinique, le DPI et le classificateur de type cellulaire doivent soit être administrés au tissu cancéreux, soit fournir un mécanisme à sécurité intégrée qui élimine constamment les cellules en transformation des implants tissulaires modifiés.

Autres outils émergents pour la biomédecine

De nouvelles stratégies de traitement nécessiteront de nouvelles technologies pour détecter et contrôler la maladie. Les biologistes synthétiques ont conçu de nouveaux dispositifs capables de détecter des activités physiologiques clés et ont trouvé de nouvelles façons de doser les interventions thérapeutiques précisément en réponse à des signaux physiques externes. De tels dispositifs synthétiques pourraient avoir de nombreuses applications biomédicales.

ARN contrôleurs de la prolifération cellulaire. Jusqu'à présent, les dispositifs de contrôle synthétiques conçus pour s'interfacer avec le métabolisme de l'hôte et reprogrammer le comportement cellulaire ont été largement limités à des facteurs de transcription hétérologues. Les contrôleurs d'ARN peuvent représenter une alternative. Ils sont simples à concevoir et peuvent être intégrés dans une unité d'expression unique contenant des capteurs (aptamères), des composants de régulation des gènes (ribozymes) et des transgènes effecteurs 39,143,144. La modularité et la compatibilité inhérentes aux composants de contrôle basés sur l'ARN leur permettent d'être optimisés ou échangés indépendamment. Par exemple, un dispositif de contrôle de l'ARN consistant en un aptamère sensible au médicament lié à un ribozyme dans la région non traduite 3' (UTR) d'une unité d'expression de cytokine a permis l'inactivation inductible par déclencheur du clivage du transcrit induit par le ribozyme et l'expression complète du transgène en présence du signal d'entrée 145 . Ce dispositif de contrôle d'ARN synthétique a été appliqué pour contrôler la prolifération de cellules T humaines primaires modifiées et a permis un contrôle externe de l'expansion des cellules T transgéniques qui sont implantées dans des souris. Les dispositifs de contrôle de l'ARN synthétique pourraient fournir l'avancée nécessaire pour permettre la thérapie par les cellules T145. Cellules T dans les essais cliniques 146,147 .

Une autre utilisation de l'ARN synthétique est la conception de dispositifs capteurs-actionneurs programmables qui convertissent les niveaux d'une protéine intracellulaire en un état discret d'expression transgénique élevée ou faible 148 . Les dispositifs à ARN consistent en un minigène à trois exons et deux introns suivi du transgène. Les introns contiennent des aptamères sensibles aux protéines et l'exon central comprend un codon d'arrêt. La liaison de la protéine aux aptamères contrôle l'épissage du minigène lorsque l'exon central est épissé, le transgène est exprimé à des niveaux élevés, et lorsqu'il reste non épissé, le transgène est exprimé à des niveaux faibles. Un tel dispositif a été configuré pour détecter les sous-unités du facteur nucléaire kappa B (NFκB) ou de la -caténine (qui sont des marqueurs néoplasiques) et pour exprimer la thymidine kinase du virus de l'herpès simplex. La thymidine kinase rend les cellules sensibles au ganciclovir, ce dispositif n'a donc fonctionné qu'en tant qu'interrupteur anti-cancer en présence des marqueurs du cancer et du gangcicolvir 148 . La configuration modulaire du dispositif capteur-actionneur d'ARN lui permet d'être adapté à différentes protéines intracellulaires et même à une entrée multiprotéique à l'aide d'aptamères introniques spécifiques. En outre, la réactivité et les performances peuvent être réglées en plaçant les aptamères à différents emplacements dans les introns. La disponibilité de capteurs-actionneurs d'ARN compacts faciles à concevoir et à modifier et qui contrôlent l'expression du transgène en réponse aux niveaux intracellulaires de protéines clés peut également améliorer la capacité de lier les états pathologiques métaboliques aux interventions thérapeutiques basées sur les gènes.

Dispositifs optogénétiques dans l'homéostasie glycémique. La lumière devient de plus en plus populaire en tant que signal d'entrée sans trace et sans molécule pour déclencher l'expression du transgène dans les systèmes vivants. Les bactéries ont été conçues pour enregistrer des images projetées avec une résolution en gigapixels 149,150,151 et pour ajuster l'expression des transgènes en réponse à une entrée multichromatique 150 , et maintenant des commutateurs de lumière génétiques ont également été conçus pour contrôler l'expression des gènes 152 et la forme des cellules de mammifères 153 .

Les dispositifs qui convertissent les impulsions lumineuses en transcription peuvent favoriser de nouvelles opportunités thérapeutiques dans les futures thérapies géniques et cellulaires et peuvent améliorer la fabrication de produits pharmaceutiques protéiques difficiles à produire, tels que les thérapies contre le cancer. Un exemple illustratif est l'expression contrôlée par la lumière du peptide de type glucagon 1 (GLP1), qui est un médicament candidat prometteur pour le traitement du diabète de type 2 65 (Fig. 7a). Un dispositif optogénétique qui permet l'expression génique déclenchée par la lumière dans les cellules humaines a été conçu. Cela implique l'expression ectopique de la mélanopsine dans les cellules rénales embryonnaires humaines et le recâblage fonctionnel de la signalisation en aval de la mélanopsine, la cascade intègre la photoréception déclenchée par la lumière bleue et produit une réponse de transcription réversible et soutenue en fonction de l'intensité. Lorsqu'elles sont placées dans des conteneurs à fibres creuses et implantées dans des souris, l'expression du transgène dans les cellules photosensibles modifiées pourrait être contrôlée à distance par une fibre optique 65 . Des souris éclairantes qui portaient des implants sous-cutanés de cellules photosensibles microencapsulées ont également permis un contrôle transdermique de l'expression du transgène et des niveaux de protéines correspondants dans le sang des animaux traités. Ce système a été capable d'atténuer les excursions glycémiques et de contrôler l'homéostasie du glucose dans un modèle murin de diabète de type 2 humain 65 .

une | Contrôle de la transcription déclenchée par la lumière de l'homéostasie de la glycémie. La cascade de phototransduction synthétique consiste en des circuits de contrôle recâblés de la mélanopsine et du facteur nucléaire des cellules T activées (NFAT). Photo-isomérisation du 11-cis-chromophore rétinien (R) par lumière bleue (

480 nm) active la mélanopsine. Cela active séquentiellement la protéine G de type Gaq (GAQ), la phospholipase C (PLC) et la phosphokinase C (PKC) et déclenche l'afflux d'ions Ca 2+ via des canaux potentiels de récepteur transitoire (TRPC) et peut-être aussi à partir du réticulum endoplasmique. Cette poussée d'ions Ca 2+ active la calmoduline (CaM) en calcineurine (CaN), qui déphosphoryle le NFAT. NFAT se transfère ensuite dans le noyau, où il se lie à des promoteurs spécifiques (PNFAT) et coordonne la transcription du transgène. Lorsqu'il est lié au peptide de type glucagon (GLP1), ce mécanisme a permis d'obtenir une homéostasie glycémique contrôlée par la lumière dans un modèle murin de diabète de type 2. b | Réseau prothétique pour le traitement du syndrome de lyse tumorale et de la goutte. Les cellules sensor-effectrices implantées sont utilisées pour surveiller en permanence les taux sériques d'urate : elles importent l'urate via un transporteur transgénique d'acide urique humain (URAT1). L'urate empêche la liaison du transsilencieux sensible à l'acide urique (KRAB-HucR, qui est le régulateur de l'uricase lié à un domaine KRAB) à son opérateur (hucO8). Cet opérateur contrôle l'expression de l'urate oxydase produite par ingénierie de la sécrétion (smUOX), de sorte que smUOX est exprimé lorsque la concentration en urate atteint des niveaux pathologiques. smUOX médie la conversion de l'urate en allantoïne. L'expression de smUOX s'arrête lorsque la concentration d'urate atteint des niveaux d'urate protecteurs du stress oxydatif. pA, queue poly(A). Partie une est modifié, avec autorisation, de Réf. 65 © (2011) Académie américaine pour l'avancement des sciences.

Réseaux prothétiques. Les réseaux prothétiques sont des dispositifs capteurs-effecteurs synthétiques qui agissent comme des prothèses moléculaires.Lorsqu'ils sont intégrés dans des cellules et fonctionnellement connectés au métabolisme de l'hôte, ils détectent, surveillent et évaluent les métabolites pertinents pour la maladie, traitent les concentrations hors concentration et coordonnent les réponses diagnostiques, préventives ou thérapeutiques ajustées de manière transparente, automatique et autosuffisante.

Un exemple d'utilisation d'un réseau prothétique est la détection de métabolites pour améliorer le contrôle de l'homéostasie urique (Fig. 7b). Des niveaux modérés d'acide urique, qui piège les radicaux, sont considérés comme bénéfiques. Cependant, une augmentation transitoire de l'acide urique libéré par les cellules mourantes pendant le traitement du cancer entraîne un syndrome de lyse tumorale et une hyperuricémie chronique peut entraîner la goutte. Les humains sont particulièrement sensibles aux déséquilibres de l'homéostasie urique car ils manquent d'activité uricolytique. Un réseau prothétique qui surveille en permanence les concentrations sanguines d'urate et restaure l'homéostasie urique par l'expression contrôlée d'une urate oxydase - qui réduit la concentration excessive d'urate tout en préservant des niveaux adaptés au piégeage radical - pourrait représenter une stratégie de traitement des troubles hyperuricémiques 64 . En bref, les cellules humaines qui contiennent un tel réseau prothétique ont récemment été conçues en combinant : le capteur d'acide urique HucR 154 , qui gère la protection contre le stress oxydatif chez Déinocoque radiodurans le transporteur d'acide urique humain URAT1 (également connu sous le nom de SLC22A12), qui augmente les taux d'acide urique intracellulaire et donc la sensibilité du circuit prothétique et une urate oxydase de synthèse (smUOX) qui est cliniquement autorisée pour le traitement du syndrome de lyse tumorale 155 . Le réseau d'expression prothétique répondant à l'acide urique (UREX) était capable de détecter avec précision les concentrations d'acide urique et d'activer la sécrétion de smUOX lorsque la concentration d'acide urique était à des niveaux pathologiques. La sécrétion de smUOX est arrêtée dès que la concentration d'acide urique est revenue au niveau d'homéostasie. Cela a été démontré de manière impressionnante lorsque des cellules transgéniques UREX ont été implantées dans des souris déficientes en urate-oxydase, qui développent une hyperuricémie aiguë avec des symptômes similaires à ceux de la goutte humaine. UREX a pu dégrader l'urate et restaurer l'homéostasie de l'urate dans le sang, entraînant la dissolution des dépôts de cristaux d'acide urique dans les reins des animaux traités 64 . Sa conception simple peut permettre à UREX de servir de modèle pour l'assemblage d'autres réseaux prothétiques qui détectent les perturbations métaboliques et les métabolites pathologiques circulants.

Un appareil d'insémination artificielle. L'insémination artificielle est une pratique courante pour faciliter à la fois la reproduction humaine et l'élevage du bétail. En raison des grandes variations dans l'expression de l'œstrus et le moment de l'ovulation, la coordination de l'administration du sperme avec l'œstrus féminin reste un défi majeur. L'ovulation est déclenchée à un moment précis où l'hypophyse libère l'hormone lutéinisante, qui se lie au récepteur de l'hormone lutéinisante (LHR) et coordonne la libération de l'ovocyte. En intégrant des cascades de signalisation synthétiques avec des biomatériaux avancés, Kemmer et ses collègues 63 ont conçu un dispositif d'insémination artificielle qui coordonne l'administration de sperme avec le contrôle de l'œstrus. Le dispositif d'insémination artificielle est constitué de capsules de sulfate de cellulose contenant du sperme de taureau et des cellules sensorielles 63 156 157 . Les cellules sensorielles sont conçues pour exprimer la LHR de manière constitutive de sorte que lorsqu'elle est activée, elle déclenche l'expression de la cellulase qui peut être sécrétée. Après l'implantation dans l'utérus de la vache, la lignée cellulaire du capteur surveille en permanence les niveaux d'hormone lutéinisante de l'animal, et la montée subite déclenchée par l'œstrus dans les niveaux d'hormone lutéinisante conduit à la production de cellulase sécrétée, qui dégrade la capsule implantée et entraîne l'administration rapide de la sperme et conception réussie. Un réglage fin de la cascade de conception pourrait permettre son utilisation chez d'autres espèces, y compris chez l'homme.

Perspectives et conclusions

Ces dernières années, la biologie synthétique a considérablement avancé des stratégies pour les applications biomédicales classiques, telles que la caractérisation des agents pathogènes 68,70,74, l'analyse des maladies 78,79,80, les diagnostics 75,76,77, les tests de dépistage 33,92,94,100,101, la production de médicaments 105 106 107 108 158 et vaccination 81,82,85 . Ces progrès pourraient se traduire de manière imminente par des délais plus courts pour la découverte de médicaments 94,98 et le développement de médicaments, une précision accrue de l'administration des médicaments 112 114 et la production de nouveaux médicaments plus abordables 104,105,106,107,108,109 . En fin de compte, des dispositifs thérapeutiques sophistiqués à capteur-effecteur capables de détecter les perturbations, de rechercher des conditions pathologiques et de restaurer la fonction sont sur la feuille de route. De tels réseaux thérapeutiques qui relient l'entrée diagnostique à la sortie thérapeutique peuvent fournir des solutions diagnostiques, préventives et thérapeutiques tout-en-un dans les futures thérapies géniques et cellulaires. Faire correspondre les résultats du diagnostic avec les thérapies haut de gamme est récemment devenu un objectif de l'industrie pharmaceutique, qui a déclaré que la médecine personnalisée était la stratégie de traitement du futur. Les outils qui auront un impact énorme dans les futures applications biomédicales comprennent : l'utilisation de déclencheurs activés par la lumière pour provoquer une réponse thérapeutique précise dans les cellules 65 , la programmation de bactéries pour rechercher et détruire les cellules cancéreuses 128 132 133 et l'utilisation de circuits synthétiques pour maintenir les métabolites cruciaux à des niveaux homéostatiques 64 ,65, pour gérer l'expansion contrôlée par la maladie 145 ou pour éliminer des populations cellulaires spécifiques 31,148,159 . Des travaux récents ont montré que cela est, en principe, possible et que certains dispositifs fonctionnent comme prévu et produisent un impact thérapeutique dans les modèles animaux de maladies humaines 64,65. Les implants constitués de cellules microencapsulées modifiées représentent un moyen d'introduire des réseaux prothétiques avec une fonction prédéfinie au lieu de cibler directement les cellules hôtes avec le matériel génétique. Bien que les implants contenant des cellules avec des réseaux prothétiques conçus soient certainement la voie la plus prometteuse, ils limiteront les applications biomédicales aux métabolites de maladies extracellulaires qui peuvent être traités thérapeutiquement par le système vasculaire.

Cependant, il reste encore un long chemin à parcourir avant que les dispositifs biomédicaux basés sur la biologie synthétique deviennent une réalité clinique. Placer des circuits thérapeutiques dans des cellules spécifiques d'un patient et s'assurer qu'il n'y aura pas d'interférence avec le métabolisme humain sont les défis les plus importants. Par conséquent, l'utilisation clinique de dispositifs et de scénarios thérapeutiques basés sur la biologie synthétique sera confrontée aux mêmes problèmes scientifiques, éthiques et juridiques que toute thérapie génique et cellulaire, mais ils peuvent offrir une dynamique de contrôle plus complexe et devraient donc avoir une plus grande impact thérapeutique. Bien qu'aucun des dispositifs synthétiques, réseaux prothétiques et produits connexes mis au point par les biologistes synthétiques n'ait encore été utilisé dans les cliniques ou dans les essais cliniques, le décor est planté - avec de nouvelles stratégies de traitement disponibles et l'engagement de l'industrie pharmaceutique en place - pour que la biologie synthétique délivre les biomédicaments du XXIe siècle.


Bon nombre des grandes découvertes biologiques du 20e siècle ont été faites en utilisant seulement six espèces : Escherichia coli bactéries, Saccharomyces cerevisiae et Schizosaccharomyces pombe Levure, Caenorhabditis elegans nématodes, Drosophila melanogaster vole et Mus musculus souris. Notre compréhension moléculaire du cycle de division cellulaire, du développement embryonnaire, des horloges biologiques et du métabolisme a été obtenue grâce à des analyses génétiques utilisant ces espèces. Pourtant, les « 6 grands » n'ont pas commencé en tant qu'organismes modèles génétiques (ci-après « organismes modèles »), alors comment sont-ils devenus des systèmes aussi puissants ? Premièrement, ces organismes modèles sont des commensaux humains abondants : ce sont les bactéries de notre intestin, les levures de notre bière et de notre pain, les nématodes de notre tas de compost, les mouches de notre cuisine et les souris de nos murs. Pour cette raison, ils sont élevés à moindre coût, facilement et rapidement en laboratoire et en plus se prêtaient à une analyse génétique. Comment et pourquoi ajouter des espèces supplémentaires à cette liste ? Nous soutenons que les espèces spécialisées révéleront de nouveaux secrets dans des domaines importants de la biologie et qu'avec les innovations technologiques modernes telles que le séquençage de nouvelle génération et l'édition du génome CRISPR-Cas9, le moment est venu d'aller au-delà du grand 6. Dans cette revue, nous traçons un Chemin en 10 étapes vers cet objectif, en utilisant notre propre expérience avec le Aedes aegypti moustique, que nous avons construit en un organisme modèle pour la neurobiologie en une décennie. Pour mieux comprendre la biologie de ce vecteur de maladie mortelle, nous devons travailler avec le moustique lui-même plutôt que de modéliser sa biologie chez une autre espèce.

Les progrès des sciences biologiques expérimentales sont motivés par le travail dans des systèmes simples, à partir de in vitro approches qui utilisent du matériel biologique purifié en dehors de son contexte naturel pour in vivo études sur des organismes modèles, des microbes aux primates. Ces organismes offrent des opportunités de « modéliser » des processus biologiques complexes pertinents pour la santé humaine ou offrent une fenêtre puissante sur les principes biologiques fondamentaux partagés dans l’arbre de la vie. Par exemple, les composants du cycle de division cellulaire ont été identifiés en utilisant la levure humble Schizosaccharomycespombe et Saccharomyces cerevisiae (Infirmière, 2017), tandis que S.cerevisiae a été le premier organisme eucaryote à avoir son génome séquencé (Goffeau et al., 1996). De nombreuses règles génétiques régissant le développement embryonnaire ont été découvertes grâce aux travaux pionniers de Christiane Nüsslein-Volhard et Eric Wieschaus travaillant dans Drosophilemelanogaster mouches (Nüsslein-Volhard et Wieschaus, 1980). La base génétique des rythmes biologiques, principe fondamental de la vie végétale et animale organisée autour du rythme circadien du soleil, a également été élaborée chez les mouches (Bargiello et al., 1984 Hardin et al., 1990 Konopka et Benzer, 1971). Les principales informations sur la signalisation endocrinienne qui relient la faim, le métabolisme et le poids corporel proviennent de l'analyse de la leptine et des récepteurs de la leptine dans ob et db souris mutantes (Friedman, 1998). Ce ne sont là que quelques-uns des nombreux exemples du siècle dernier de la puissance des organismes modèles dans la production d'informations fondamentales et cliniques importantes.

Les organismes modèles sont relativement faciles et peu coûteux à cultiver en laboratoire, ont des temps de génération rapides qui facilitent l'analyse génétique et peuvent être facilement manipulés à l'aide d'outils génétiques expérimentaux de plus en plus complets et puissants pour visualiser et manipuler des cellules spécifiées dans le temps et l'espace de développement. Pour les neuroscientifiques, l'accès à des comportements qui peuvent être génétiquement disséqués a suscité un intérêt pour les mouches et les vers (Brenner, 2009 Vosshall, 2007), et il existe maintenant des milliers de laboratoires dans le monde qui génèrent, maintiennent et partagent ouvertement des milliers de souches distinctes pour comprendre le fonctionnement de ces systèmes nerveux invertébrés. Le succès de ces organismes se perpétue : la communauté de chercheurs travaillant avec eux continue de croître, de nouvelles méthodologies et ressources sont développées et partagées, et le corpus de connaissances spécifiques et l'accès à des outils puissants pour manipuler, observer et expérimenter sur ces modèles organismes abaisse encore la barre à l'entrée afin que le cycle puisse se répéter. Les organismes modèles sont irremplaçables pour étudier les aspects fondamentaux de la biologie, mais ne parviennent pas à aborder les spécialisations biologiques qui surviennent dans des branches spécifiques de l'arbre évolutif. La migration des papillons monarques, l'apprentissage vocal chez les oiseaux chanteurs et le camouflage chez les seiches sont des exemples de problèmes biologiques fascinants qui ne peuvent être pleinement compris qu'en déplaçant ces espèces non traditionnelles vers le statut d'organisme modèle.

En 2009, nous avons commencé un voyage pour construire Aèdesegypte en un organisme modèle pour la neurobiologie. Après des décennies de travail à la volée, D. melanogaster, nous étions prêts à relever le défi d'entrer dans une nouvelle espèce pour poser des questions qui ne pouvaient pas être abordées dans les organismes modèles traditionnels. Certaines espèces de moustiques sont les animaux les plus meurtriers de la planète, poussés par des espèces anthropophiles qui piquent les humains pour prélever leur sang et agissent simultanément comme vecteur d'agents pathogènes pathogènes tels que le Plasmodium les parasites du paludisme et les arbovirus, y compris le chikungunya, la dengue, l'encéphalite équine de l'Est, la fièvre jaune, Zika et autres. Les éléments de la biologie des moustiques les plus pertinents pour la transmission de la maladie sont spécialisés et échappent donc à une étude approfondie dans des organismes modèles. Les moustiques possèdent des appendices anatomiques uniques qui facilitent le perçage de la peau et la succion du sang, et ont des systèmes sensoriels extrêmement sensibles qui sont réglés pour les aider à localiser les hôtes vertébrés dans leur environnement. Drosophile, en revanche, se nourrissent de levure et pondent des œufs dans des fruits en décomposition, indifférents aux nombreux signaux qui attirent les moustiques. Alors que de nombreuses familles de gènes impliquées dans ces processus sont relativement conservées, environ 260 millions d'années d'évolution séparent les moustiques des Drosophile (Arensburger et al., 2010) et de nombreux gènes d'importance critique ne partagent pas une orthologie univoque. Ainsi, comprendre le fonctionnement des moustiques dans leur environnement nécessite d'étudier les moustiques eux-mêmes.

Cette revue se concentrera sur les défis pratiques et les opportunités récentes disponibles pour ceux qui cherchent à établir un nouvel organisme modèle, en s'appuyant sur nos expériences avec le moustique Ae. egypte. L'examen est organisé en 10 étapes que nous avons suivies dans notre propre travail (voir encadré 1). Alors que nous nous concentrons sur les outils et les approches nécessaires pour effectuer une science rigoureuse et reproductible sur les gènes et les circuits neuronaux qui génèrent le comportement, de nombreuses leçons et approches sont également généralisables à d'autres domaines de la biologie. Toutes les étapes ne sont pas nécessaires – ni même réalisables – dans une espèce donnée, mais plus il y a d'étapes qui peuvent être accomplies, plus on peut progresser dans le travail avec l'espèce dans un cadre mécaniste.


Éditeur principal invité Dr Nelson S. Yee

Le Dr Nelson S. Yee est professeur adjoint de médecine en hématologie-oncologie à la Pennsylvania State University. Il a obtenu son doctorat en médecine et son doctorat à l'Université Cornell et au Memorial Sloan-Kettering Cancer Center, et il a précédemment travaillé à l'Université de Pennsylvanie et à l'Université de l'Iowa. Il travaille maintenant principalement sur les canaux ioniques dans le cancer en utilisant des modèles de poisson zèbre et de souris, ainsi que sur le développement de thérapies et de biomarqueurs chez les patients atteints de maladies malignes. Le Dr Yee est l'auteur ou le co-auteur de 40 articles publiés et a présenté à 30 conférences, et occupe des postes de rédaction à Clinical Cancer Drugs, Molecular & Cellular Oncology, Annals of Hematology & Oncology, Biomarkers & Diagnosis , Avis de recherche scientifique internationale, Clonage & Transgenèse, Avancées en biologie et Troubles génétiques & Thérapie génique.


Sciences biologiques (BIO_SC)

Sujets sélectionnés non couverts dans les offres actuelles. Ne peut être utilisé pour satisfaire partiellement aux exigences d'une science biologique dans l'enseignement général. Peut être noté sur une base A-F ou S/U.

Heure de crédit: 1-3

BIO_SC� : Thèmes en sciences biologiques - Sciences biologiques

Sujets choisis qui ne font pas partie des cours offerts régulièrement. Les sections sélectionnées de ce cours peuvent être notées sur une base A-F ou S/U uniquement.

Heure de crédit: 1-3

BIO_SC� : Thèmes en sciences biologiques - Sciences mathématiques

Sujets choisis ne faisant pas partie des cours offerts régulièrement. Les sections sélectionnées de ce cours peuvent être notées sur une base A-F ou S/U uniquement.

Heure de crédit: 1-31

BIO_SC� : Thèmes en sciences biologiques - Sciences physiques

Sujets choisis ne faisant pas partie des cours offerts régulièrement. Les sections sélectionnées de ce cours peuvent être notées sur une base A-F ou S/U uniquement.

Heure de crédit: 1-3

BIO_SC� : Principes généraux et concepts de biologie

Met l'accent sur les liens et les applications à la société et à la condition humaine, la culture scientifique et les compétences de pensée critique. Une discussion sur les principes généraux et les concepts fondamentaux des êtres vivants. Ce cours est destiné aux non-scientifiques. Pas plus de 5 crédits pour BIO_SC�, BIO_SC� et BIO_SC�.

Heure de crédits: 3
Conseillé: MATHÉMATIQUES�

BIO_SC� : Laboratoire de biologie générale

Exercices de laboratoire portant sur les organismes représentatifs et les méthodes des sciences biologiques modernes. Ce cours est destiné aux non-scientifiques. Pas plus de 5 crédits pour BIO_SC�, BIO_SC� et BIO_SC�.

Heure de crédits: 2
Prérequis ou corequis : BIO_SC�

BIO_SC� : Principes généraux et concepts de biologie avec laboratoire

Enquête sur les principes généraux et les concepts de base des sciences de la vie, mettant l'accent sur les applications à la société et à la condition humaine. Les conférences portent sur la culture scientifique et la pensée critique et les exercices de laboratoire utilisent des organismes représentatifs pour compléter les sujets de la conférence. Ce cours est destiné aux non-scientifiques. Pas plus de 5 crédits pour BIO_SC�, BIO_SC� et BIO_SC�.

Heure de crédits: 5
Conseillé: MATH� ou inscription simultanée

BIO_SC� : Études environnementales de base

Prend en compte l'écosystème, les cycles énergétiques et biogéochimiques et la dynamique des populations, la relation entre l'environnement et l'agriculture et la technologie, la pollution, l'énergie et la production alimentaire, les considérations politico-économiques, les questions morales et éthiques. Pour les majeures non scientifiques.

Heure de crédits: 3

BIO_SC� : Botanique générale avec laboratoire

Introduction à l'étude des plantes. Accent sur la structure, la croissance, la physiologie, la génétique et la reproduction des plantes.

Heure de crédits: 5

BIO_SC� : l'évolution pour tous

Ce cours explorera l'application de la théorie de l'évolution aux affaires humaines modernes. Nous étudierons les processus impliqués dans l'évolution et étudierons les interprétations évolutionnistes du comportement social humain (par exemple, la psychologie, le choix du partenaire, l'économie, la religion et la moralité). Aucun crédit si l'étudiant a reçu un crédit pour BIO_SC� ou BIO_SC�.

Heure de crédits: 3

BIO_SC� : Introduction aux systèmes biologiques avec laboratoire

Concepts et principes de base de la structure et du fonctionnement des systèmes vivants, des cellules aux populations.Cours de base pour les étudiants en sciences ayant l'intention de suivre une séquence de 3 semestres qui comprend également la génétique et la biologie cellulaire.

Heure de crédits: 5
Conseillé: MATH� ou score ALEKS suffisant

BIO_SC�H : Introduction aux systèmes biologiques avec distinction de laboratoire

Concepts et principes de base de la structure et du fonctionnement des systèmes vivants, des cellules aux populations. Cours de base pour les étudiants en sciences ayant l'intention de suivre une séquence de 3 semestres qui comprend également la génétique et la biologie cellulaire.

Heure de crédit: 3-5
Conditions préalables: MATH� et chimie au lycée. Admissibilité aux mentions d'honneur requise

BIO_SC� : Thèmes en sciences biologiques - Général

Sujets sélectionnés non couverts dans les offres actuelles. Ne peut être utilisé pour satisfaire partiellement aux exigences d'une science biologique dans l'enseignement général. Peut être noté sur une base A-F ou S/U.

Heure de crédit: 1-3
Conseillé: Un cours de biologie

BIO_SC� : Thèmes en sciences biologiques - Sciences biologiques

Sujets choisis non couverts dans les cours offerts régulièrement. Les sections sélectionnées de ce cours peuvent être notées sur une base A-F ou S/U uniquement.

Heure de crédit: 1-3
Conseillé: un cours de biologie générale

BIO_SC�H : Sujets en sciences biologiques - Sciences biologiques - Honours

Sujets choisis non couverts dans les cours offerts régulièrement. Recommandé : un cours de biologie

Heure de crédit: 1-3
Conditions préalables: Admissibilité aux mentions d'honneur requise

BIO_SC� : Thèmes en sciences biologiques - Sciences mathématiques

Sujets choisis non couverts dans les cours offerts régulièrement. Les sections sélectionnées de ce cours peuvent être notées sur une base A-F ou S/U uniquement.

Heure de crédit: 1-3
Conseillé: un cours de biologie générale

BIO_SC�H : Sujets en sciences biologiques - Sciences mathématiques - Honours

Sujets choisis non couverts dans les cours régulièrement offerts. Recommandé : un cours de biologie

Heure de crédit: 1-3
Conditions préalables: Admissibilité aux mentions d'honneur requise

BIO_SC� : Thèmes en sciences biologiques - Sciences physiques

Sujets choisis non couverts dans les cours régulièrement offerts. Les sections sélectionnées de ce cours peuvent être notées sur une base A-F ou S/U uniquement.

Heure de crédit: 1-3
Conseillé: un cours de biologie générale

BIO_SC�H : Sujets en sciences biologiques - Sciences physiques - Honours

Sujets choisis non couverts dans les cours régulièrement offerts. Recommandé : un cours de biologie

Heure de crédit: 1-3
Conditions préalables: Éligibilité aux mentions d'honneur requise

BIO_SC� : Séminaire de premier cycle en sciences biologiques

Discussion et évaluation critique de sujets d'actualité en sciences biologiques pour les étudiants de niveau intermédiaire. Certaines sections peuvent être notées sur une base A-F ou S/U uniquement.

Heure de crédit: 1-3
Conditions préalables: étudiant en deuxième année debout

BIO_SC� : Explorations de carrières en biologie

Les étudiants découvriront les options et les choix de carrière, construiront des portefeuilles de carrière et interagiront avec les professionnels de la biologie actuels. Noté sur la base S/U uniquement.

Heure de crédit: 1
Conditions préalables: Agrément départemental
Conseillé: Sophomore debout

BIO_SC� : Monde des neurosciences

(identique à PSYCH�, CMP_SC�, ECE�, BIOL_EN�, BME�). Ce cours présentera aux étudiants de premier cycle le domaine en pleine croissance des neurosciences du point de vue de 3 disciplines: ingénierie, biologie et psychologie. Ne peut pas être utilisé pour satisfaire aux exigences du diplôme pour la majeure ou la mineure en sciences biologiques.

Heure de crédit: 1
Conditions préalables: Sophomore debout

BIO_SC� : Comment fonctionne le cerveau

La structure et la fonction de base du cerveau Le cerveau gauche et le cerveau droit étudient les différences entre les sexes, l'apprentissage et les troubles cérébraux de la mémoire.

Heure de crédit: 1
Conditions préalables: C- ou supérieur dans BIO_SC� ou BIO_SC�

BIO_SC� : La vie de la cellule

Ce cours aidera les étudiants à comprendre les concepts de base de la structure biomoléculaire, de l'organisation cellulaire, des membranes cellulaires, de l'énergie et du métabolisme, de la communication cellulaire et de la division cellulaire. Ce cours est destiné aux majors non scientifiques et ne peut être utilisé pour satisfaire aux exigences d'une majeure ou d'une mineure en sciences biologiques.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC�

BIO_SC� : Biologie communautaire

Principes de biologie, d'écologie et d'évolution des populations, y compris la prise en compte des impacts humains sur les communautés biologiques et les écosystèmes.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� ou équivalent. Non ouvert aux majors de biologie

BIO_SC� : Maladies infectieuses

Une introduction à la science fondamentale des infections bactériennes, virales, protozoaires, fongiques et helminthiques, y compris des discussions sur la façon dont la maladie a influencé ou a été affectée par les politiques publiques et la culture.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC�, BIO_SC� ou BIO_SC�. Non ouvert aux majeures en biologie

BIO_SC� : Maladies génétiques

Ce cours discutera de la base biologique des maladies génétiques, y compris les maladies héréditaires et les maladies non héréditaires telles que le cancer. Les unités comprendront une introduction fournissant les informations de base nécessaires, une section étudiant la technologie utilisée pour étudier les maladies génétiques et plusieurs unités discutant de maladies spécifiques et de leur impact sur l'histoire et la société. Ce cours est destiné aux non-scientifiques. Ne peut pas être utilisé pour satisfaire aux exigences du diplôme pour la majeure en biologie ou la mineure en biologie.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC�

BIO_SC� : Génétique générale

Principes de l'hérédité dans la structure des plantes et des animaux et utilisation du matériel génétique, transmission de l'information génétique, liaison, modification de l'information génétique, régulation de l'activité génétique, génétique des populations.

Heure de crédits: 4
Conditions préalables: BIO_SC 1100, BIO_SC� ou BIO_SC� et CHEM� (ou inscription simultanée)

BIO_SC�H : Génétique générale - Distinctions

Principes de l'hérédité dans la structure des plantes et des animaux et utilisation du matériel génétique, transmission de l'information génétique, liaison, modification de l'information génétique, régulation de l'activité génétique, génétique des populations. Conditions préalables:

Heure de crédits: 4
Conditions préalables: BIO_SC 1100, BIO_SC� ou BIO_SC� et CHEM� (ou inscription simultanée). Admissibilité aux mentions d'honneur requise

BIO_SC� : Introduction à la biologie cellulaire

Analyse de l'organisation et de la fonction cellulaire au niveau moléculaire. Les mécanismes sous-jacents au trafic cellulaire, à la motilité cellulaire et à la signalisation au sein des cellules et entre les cellules et leur environnement seront mis en évidence.

Heure de crédits: 4
Conditions préalables: BIO_SC�

BIO_SC�H : Introduction à la biologie cellulaire - Mention bien

Analyse de l'organisation et de la fonction cellulaire au niveau moléculaire. Les mécanismes sous-jacents au trafic cellulaire, à la motilité cellulaire et à la signalisation au sein des cellules et entre les cellules et leur environnement seront mis en évidence.

Heure de crédits: 5
Conditions préalables: BIO_SC� ou BIO_SC�H. Éligibilité aux mentions d'honneur requise

BIO_SC�HW : Introduction à la biologie cellulaire - Honours/Writing Intensive

Analyse de l'organisation et de la fonction cellulaire au niveau moléculaire. Les mécanismes sous-jacents au trafic cellulaire, à la motilité cellulaire et à la signalisation au sein des cellules et entre les cellules et leur environnement seront mis en évidence.

Heure de crédits: 5
Conditions préalables: BIO_SC� ou BIO_SC�H. Éligibilité aux mentions d'honneur requise

BIO_SC� : Stage en sciences biologiques

Expérience de travail dans une organisation à but non lucratif, à but lucratif ou gouvernementale pertinente aux sciences biologiques. Destiné aux étudiants effectuant des stages dans lesquels la recherche indépendante représente moins de 50% de l'expérience. Noté sur la base S/U uniquement.

Heure de crédit: 1-3
Conditions préalables: consentement de l'instructeur
Conseillé: junior debout, 12 heures de sciences biologiques et 2,70 GPA

BIO_SC� : Recherche indépendante dirigée

Participation aux activités de recherche du corps professoral. Ne peut pas être utilisé pour satisfaire aux exigences du baccalauréat ou du baccalauréat en sciences biologiques ou de la mineure en sciences biologiques.

Heure de crédit: 1-3
Conditions préalables: Agrément départemental

BIO_SC� : Lectures en sciences biologiques

Lecture dirigée de littérature biologique. Peut être répété jusqu'à six heures de crédit total. Les sections sélectionnées de ce cours peuvent être notées sur une base A-F ou S/U uniquement. Ne peut pas être utilisé pour satisfaire partiellement aux exigences de la fondation Arts and Science.

Heure de crédit: 1-3
Conditions préalables: consentement de l'instructeur

BIO_SC�H : Lectures spécialisées en littérature biologique

Lectures choisies en littérature biologique pour les honneurs, en consultation avec l'instructeur. Ne peut pas être utilisé pour satisfaire partiellement aux exigences de la fondation Arts and Science.

Heure de crédit: 1-3
Conditions préalables: dans l'ensemble 3.3 GPA consentement de l'instructeur. Éligibilité aux mentions d'honneur requise

BIO_SC� : Thèmes en sciences biologiques - Sciences biologiques

Sujets choisis ne faisant pas partie des cours offerts régulièrement. Les sections sélectionnées de ce cours peuvent être notées sur une base A-F ou S/U uniquement.

Heure de crédit: 1-3
Conseillé: Junior debout

BIO_SC�H : Sujets en sciences biologiques - Sciences biologiques - Honours

Sujets choisis non offerts dans le programme régulier.

Heure de crédit: 1-3
Conditions préalables: Admissibilité aux mentions d'honneur requise

BIO_SC�W : Thèmes en sciences biologiques - Sciences biologiques - Rédaction intensive

Sujets choisis ne faisant pas partie des cours offerts régulièrement. Les sections sélectionnées de ce cours peuvent être notées sur une base A-F ou S/U uniquement.

Heure de crédit: 1-3
Conseillé: Junior debout

BIO_SC� : Thèmes en sciences biologiques - Sciences mathématiques

Sujets choisis ne faisant pas partie des cours offerts régulièrement. Les sections sélectionnées de ce cours peuvent être notées sur une base A-F ou S/U uniquement.

Heure de crédit: 1-3
Conseillé: Junior debout

BIO_SC�H : Sujets en sciences biologiques - Sciences mathématiques - Honours

Sujets choisis non offerts dans le programme régulier.

Heure de crédit: 1-3
Conditions préalables: Admissibilité aux mentions d'honneur requise

BIO_SC�W : sujets en sciences biologiques - sciences mathématiques - rédaction intensive

Sujets choisis ne faisant pas partie des cours offerts régulièrement. Les sections sélectionnées de ce cours peuvent être notées sur une base A-F ou S/U uniquement.

Heure de crédit: 1-3
Conseillé: Junior debout

BIO_SC� : Thèmes en sciences biologiques - Sciences physiques

Sujets choisis ne faisant pas partie des cours offerts régulièrement. Les sections sélectionnées de ce cours peuvent être notées sur une base A-F ou S/U uniquement.

Heure de crédit: 1-3
Conseillé: Junior debout

BIO_SC�H : Sujets en sciences biologiques - Sciences physiques - Honours

Sujets choisis non offerts dans le programme régulier.

Heure de crédit: 1-3
Conditions préalables: Éligibilité aux mentions d'honneur requise

BIO_SC�W : Thèmes en sciences biologiques - Sciences physiques - Rédaction intensive

Sujets choisis ne faisant pas partie des cours offerts régulièrement. Les sections sélectionnées de ce cours peuvent être notées sur une base A-F ou S/U uniquement.

Heure de crédit: 1-3
Conseillé: Junior debout

BIO_SC� : Compétences professionnelles

Ce cours se concentrera sur les compétences d'application et d'entrevue pour les étudiants intéressés par la faculté de médecine. Noté sur la base S/U uniquement.

Heure de crédit: 1
Conditions préalables: consentement de l'instructeur
Conseillé: junior permanent 3.4 GPA et majeures en sciences biologiques

BIO_SC� : Génétique et société

Examine des sujets en génétique biomédicale humaine d'un point de vue scientifique et social. Les sujets actuels comprennent l'édition de gènes et le forçage génétique, les tests prénatals et le conseil génétique, les gènes de l'hémoglobine et la thérapie génique, COVID-19 et les inégalités, les disparités raciales en médecine, les questions de genre dans les domaines STEM, les fédérations sportives et l'athlète intersexe, l'ADN ancien et les migrations humaines , adaptations à l'altitude. Les étudiants choisissent leur propre texte et sujet de recherche en fonction de leurs intérêts personnels.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: ANGLAIS� ou équivalent, BIO_SC�
Conseillé: BIO_SC�

BIO_SC�W : Génétique et société – Rédaction intensive

Examine des sujets en génétique biomédicale humaine d'un point de vue scientifique et social. Les sujets actuels comprennent l'édition de gènes et le forçage génétique, les tests prénatals et le conseil génétique, les gènes de l'hémoglobine et la thérapie génique, COVID-19 et les inégalités, les disparités raciales en médecine, les questions de genre dans les domaines STEM, les fédérations sportives et l'athlète intersexe, l'ADN ancien et les migrations humaines , adaptations à l'altitude. Les élèves choisissent leur propre texte et sujet de recherche en fonction de leurs intérêts personnels.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: ANGLAIS� ou équivalent, BIO_SC�
Conseillé: BIO_SC�

BIO_SC� : Science et société : passé, présent et futur

Ce cours examinera le processus scientifique et son évolution au fil des ans, depuis la création de la méthode scientifique au Moyen Âge jusqu'à nos jours. Le cours se concentrera sur l'impact des progrès technologiques et des points de vue sociétaux et culturels sur certaines des percées les plus importantes en biologie.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� ou BIO_SC� ou équivalent

BIO_SC�W : Science et société : passé, présent et futur – Rédaction intensive

Ce cours examinera le processus scientifique et son évolution au fil des ans, depuis la création de la méthode scientifique au Moyen Âge jusqu'à nos jours. Le cours se concentrera sur l'impact des progrès technologiques et des points de vue sociétaux et culturels sur certaines des percées les plus importantes en biologie.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� ou BIO_SC� ou équivalent

BIO_SC� : Le microbiome humain

Ce cours examine l'étonnante diversité et la signification médicale des microbes qui habitent notre corps. Des discussions interactives explorent les dimensions scientifiques et éthiques de sujets allant des probiotiques et des « greffes de crottes » au rôle des microbes dans l'asthme et l'obésité.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC�

BIO_SC�W : Le microbiome humain – Intensif d'écriture

Ce cours examine l'étonnante diversité et la signification médicale des microbes qui habitent notre corps. Des discussions interactives explorent les dimensions scientifiques et éthiques de sujets allant des probiotiques et des « greffes de crottes » au rôle des microbes dans l'asthme et l'obésité.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC�

BIO_SC� : Systématique des plantes

Principes de classification des plantes enquête sur la diversité des familles de plantes à fleurs identification de la flore locale utilisation de clés. Comprend le laboratoire.

Heure de crédits: 4
Conseillé: 8 heures de sciences biologiques

BIO_SC�W : Plant Systematics - Intensif d'écriture

Principes de classification des plantes enquête sur la diversité des familles de plantes à fleurs identification de la flore locale utilisation de clés. Comprend le laboratoire.

Heure de crédits: 4
Conseillé: 8 heures de sciences biologiques

BIO_SC� : Zoologie des invertébrés

Structure, écologie et phylogénie des embranchements d'invertébrés. Comprend le laboratoire.

Heure de crédits: 4
Conditions préalables: BIO_SC 1100 ou BIO_SC�
Conseillé: Junior debout

BIO_SC�W : Zoologie des invertébrés – Rédaction intensive

Structure, écologie et phylogénie des embranchements d'invertébrés. Comprend le laboratoire lorsqu'il est offert pour 4 crédits.

Heure de crédit: 3-4
Conditions préalables: BIO_SC 1100 ou BIO_SC�
Conseillé: Junior debout

BIO_SC� : Herpétologie

La biologie, l'écologie, la taxonomie et la distribution des amphibiens et des reptiles. Quelques sorties sur le terrain le samedi.

Heure de crédits: 4
Conseillé: 8 heures Sciences biologiques ou équivalent

BIO_SC� : Évolution et écologie

Introduction aux principes de l'évolution et de l'écologie. Les sujets comprennent la sélection naturelle, l'adaptation, l'analyse phylogénétique, l'évolution humaine, la croissance et la régulation de la population, les interactions entre les populations, l'écologie des écosystèmes et les impacts humains sur les processus écologiques. Aucun crédit pour ce cours si BIO_SC� ou BIO_SC� déjà terminé ne peut pas s'inscrire à ce cours et BIO_SC�.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC�

BIO_SC� : Biologie des champignons

(identique à PLNT_SCI�). Les divers rôles des champignons dans la biosphère seront explorés en considérant les champignons que nous mangeons, les champignons qui détruisent notre nourriture, les champignons du folklore et les champignons en tant que recycleurs mondiaux de nutriments. Comprend le laboratoire.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� ou BIO_SC� ou équivalent

BIO_SC� : Écologie générale

Principes de populations, coévolution, facteurs de densité, compétition environnement physique concept de communauté, structure trophique, caractérisation de la succession biotique des biomes, homme dans l'écosystème. Majors en biologie ayant terminé BIO_SC� : crédit de 2 heures.

Heure de crédits: 5
Conditions préalables: junior debout
Conseillé: 10 heures en biologie

BIO_SC�W : Écologie générale – Rédaction intensive

Principes de populations, coévolution, facteurs de densité, compétition environnement physique concept de communauté, structure trophique, caractérisation de la succession biotique des biomes, homme dans l'écosystème. Majors en biologie ayant terminé BIO_SC� : crédit de 2 heures.

Heure de crédits: 5
Conditions préalables: junior debout
Conseillé: 10 heures en biologie

BIO_SC� : Ecologie tropicale : méthodes et applications

Étude sur le terrain des frais supplémentaires de la communauté tropicale pour le transport et l'hébergement requis.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� ou BIO_SC� ou BIO_SC 4660

BIO_SC� : Physiologie animale

Présente les concepts de la fonction des organes des vertébrés et du contrôle homéostatique en mettant l'accent sur la physiologie des mammifères. Quelques comparaisons pour fonctionner chez d'autres vertébrés et stratégies pour faire face aux stress environnementaux introduites. Comprend le laboratoire.

Heure de crédits: 5
Conditions préalables: BIO_SC�

BIO_SC� : Introduction à l'entomologie

(identique à PLNT_SCI�). Souligne le rôle que jouent les insectes dans le schéma de la vie. Les sujets comprennent la structure, le développement, la diversité, l'écologie, la communication et le comportement des insectes et la gestion. Prérequis : 60 heures de crédit et l'un des éléments suivants : BIO_SC 1100 (ou F_W�) ou BIO_SC�, ou BIO_SC�.

Heure de crédits: 3

BIO_SC� : Diversité des insectes

(identique à PLNT_SCI�).Exercices de laboratoire mettant l'accent sur l'anatomie, la classification et l'identification des insectes externes (au niveau de la famille). La préparation d'une collection d'insectes est requise.

Heure de crédits: 2
Conditions préalables: PLNT_SCI� (ou BIO_SC�) ou inscription simultanée

BIO_SC� : Microbiologie générale

Explore la diversité et les capacités d'adaptation de la vie microbienne. Les sujets comprennent la structure des cellules bactériennes, le métabolisme, la génétique et l'écologie.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC�
Conseillé: notes dans la gamme C pour les préalables

BIO_SC� : Laboratoire de microbiologie

Il s'agit d'un cours de laboratoire de microbiologie pratique qui offre aux étudiants une formation aux techniques de microbiologie, à la collecte et à l'analyse de données, à la rédaction d'une proposition de recherche et à la réalisation d'un projet indépendant.

Heure de crédits: 2
Prérequis ou corequis : BIO_SC� ou MICROB� ou inscription simultanée dans BIO_SC�

BIO_SC� : Laboratoire de génétique

Études génétiques expérimentales de la drosophile, du maïs et des microorganismes.

Heure de crédits: 2
Conditions préalables: Grade C ou mieux dans BIO_SC� ou avec le consentement de l'instructeur

BIO_SC� : Sujets en sciences biologiques - Sciences biologiques

Sujets choisis ne faisant pas partie des cours offerts régulièrement. Peut être répété jusqu'à 2 fois pour le crédit.

Heure de crédit: 1-3
Conditions préalables: personne âgée

BIO_SC� : Sujets en sciences biologiques - Sciences mathématiques

Sujets choisis ne faisant pas partie des cours offerts régulièrement. Peut être répété jusqu'à 2 fois pour le crédit.

Heure de crédit: 1-3
Conditions préalables: personne âgée

BIO_SC� : Sujets en sciences biologiques - Sciences physiques

Sujets choisis ne faisant pas partie des cours offerts régulièrement. Peut être répété jusqu'à 2 fois pour le crédit.

Heure de crédit: 1-3
Conditions préalables: personne âgée

BIO_SC� : Problèmes en sciences biologiques

Travail individuel encadré en complément des cours d'initiation à la recherche en biologie organisés régulièrement. Les sections sélectionnées de ce cours peuvent être notées sur une base A-F ou S/U uniquement.

Heure de crédit: 1-3
Conditions préalables: consentement de l'instructeur
Conseillé: Junior debout

BIO_SC�W : Problèmes en sciences biologiques - Rédaction intensive

Travail individuel encadré en complément des cours d'initiation à la recherche en biologie organisés régulièrement. Les sections sélectionnées de ce cours peuvent être notées sur une base A-F ou S/U uniquement.

Heure de crédit: 1-3
Conditions préalables: consentement de l'instructeur
Conseillé: Junior debout

BIO_SC� : Physiologie moléculaire des plantes

(identique à PLNT_SCI� croisé avec BIO_SC�, PLNT_SCI�). Physiologie moderne des plantes supérieures en utilisant les plantes cultivées communes comme exemples.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� ou BIO_SC� et CHEM�

BIO_SC� : Introduction à la biologie des rayonnements

(identique à NU_ENG�, RADIOL� à niveau croisé avec BIO_SC�, NU_ENG�, RADIOL 7328). Notions de rayonnements ionisants, leurs actions sur la matière à travers des effets sur des systèmes chimiques simples, des molécules biologiques, la cellule, les organismes, l'homme.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: niveau junior, Sciences/Ingénierie un cours en Sciences biologiques et Physique/Chimie ou consentement de l'instructeur

BIO_SC� : Anatomie végétale

(identique à PLNT_SCI� croisé avec BIO_SC�, PLNT_SCI�). Structure comparative, croissance du développement des méristèmes, structure des types cellulaires importants, tissus, systèmes tissulaires anatomie comparative de la tige, de la racine, de la feuille. Souligne l'anatomie des gymnospermes, angiospermes. Comprend le laboratoire.

Heure de crédits: 4
Conditions préalables: BIO_SC� ou BIO_SC�

BIO_SC� : Neurobiologie

(niveau croisé avec BIO_SC�). Neurobiologie des vertébrés et des invertébrés, y compris la biologie cellulaire et moléculaire du neurone, la neurophysiologie, la neuroanatomie, la neuroéthologie et la neurobiologie du développement.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� ou consentement de l'instructeur
Conseillé: BIO_SC�

BIO_SC� : Physiologie sensorielle et comportement

(niveau croisé avec BIO_SC�). Principes de base du codage et de l'intégration des stimuli sensoriels corrélats neuronaux du comportement animal influences environnementales sur le développement sensoriel postnatal. Noté sur une base A-F uniquement.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC�

BIO_SC� : Neurosciences computationnelles

(identique à ECE�, BIOL_EN�, BME� nivelé en croix avec ECE�, BIOL_EN�, BIO_SC�). Un cours interdisciplinaire avec une base solide en sciences quantitatives pour les étudiants en sciences biologiques et comportementales et une introduction aux méthodes expérimentales pour les étudiants en sciences quantitatives.

Heure de crédits: 4
Conditions préalables: BIO_SC� ou BIO_SC� MATH�

BIO_SC� : Évolution

Étudie divers processus dans l'évolution organique et les mécanismes génétiques sous-jacents.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC�

BIO_SC� : Biologie comportementale

(niveau croisé avec BIO_SC�). Etude comparative de l'éthologie animale. Principes d'éthologie animale illustrés dans différents phylums animaux. Peut être pris avec le laboratoire pour 4 crédits.

Heure de crédit: 3-4
Conditions préalables: BIO_SC�
Conseillé: un cours de niveau supérieur supplémentaire en sciences biologiques ou en psychologie

BIO_SC� : Communication animale

Propriétés physiques des stimuli sensoriels, mécanismes récepteurs, signification fonctionnelle du comportement de communication et approches multidisciplinaires et expérimentales de la recherche actuelle en communication animale.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� ou BIO_SC�

BIO_SC�W : Communication animale – Rédaction intensive

Propriétés physiques des stimuli sensoriels, mécanismes récepteurs, signification fonctionnelle du comportement de communication et approches multidisciplinaires et expérimentales de la recherche actuelle en communication animale.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� ou BIO_SC�

BIO_SC� : Écologie aviaire

(niveau croisé avec BIO_SC�). Examen avancé des modèles écologiques chez les oiseaux. Explore les facteurs environnementaux affectant l'évolution du comportement, de la morphologie, de la structure et de la distribution des communautés aviaires.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC 2600 ou BIO_SC�

BIO_SC� : Recherche de premier cycle en biologie

Recherche sur le terrain ou en laboratoire dirigée individuellement pour les étudiants de la classe supérieure sous la supervision du corps professoral. Le projet doit être organisé par l'étudiant et le membre du corps professoral avant l'inscription. Peut être répété jusqu'à un maximum de 6 heures.

Heure de crédit: 1-3
Conditions préalables: consentement de l'instructeur
Conseillé: GPA global 2.75 20 heures de sciences biologiques et/ou chimie

BIO_SC�H : recherche avec distinction en biologie

Recherche sur le terrain ou en laboratoire dirigée individuellement pour les étudiants de niveau supérieur spécialisé, en consultation avec un membre du corps professoral. Le projet doit être organisé par l'étudiant et le membre du corps professoral avant l'inscription. Peut être répété pour crédit. Noté sur une base A-F uniquement.

Heure de crédit: 1-3
Conditions préalables: consentement global de l'instructeur GPA 3.3 majeure biologie ou microbiologie. Éligibilité aux mentions d'honneur requise

BIO_SC� : Recherche de premier cycle en biologie

Recherche sur le terrain ou en laboratoire dirigée individuellement pour les étudiants de la classe supérieure sous la supervision du corps professoral. Le projet doit être organisé par l'étudiant et le membre du corps professoral avant l'inscription. Peut être répété jusqu'à un maximum de 6 heures.

Heure de crédit: 1-3
Conditions préalables: BIO_SC� consentement global de l'instructeur GPA 2.75

BIO_SC�H : recherche avec distinction en biologie

Poursuite du programme de recherche. La réussite nécessite une présentation publique et mène à un diplôme avec distinction en sciences biologiques. Peut être répété pour un crédit pour un maximum de 6 heures. Noté sur une base A-F uniquement.

Heure de crédit: 1-3
Conditions préalables: BIO_SC�H consentement global de l'instructeur GPA 3.3. Éligibilité aux mentions d'honneur requise

BIO_SC� : Lectures spéciales en sciences biologiques

Lectures indépendantes et discussions sur des sujets en biologie sélectionnés en consultation avec le membre du corps professoral superviseur. Les sections sélectionnées de ce cours peuvent être notées sur une base A-F ou S/U uniquement.

Heure de crédit: 1-3
Conditions préalables: niveau supérieur en sciences biologiques et consentement de l'instructeur

BIO_SC� : Biologie du développement

Analyse des processus moléculaires, génétiques, cellulaires et morphologiques responsables des changements phénotypiques dans les organismes en développement. Une variété de systèmes expérimentaux sont discutés pour identifier les mécanismes communs utilisés par les organismes en développement.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC�, BIO_SC�, CHEM�

BIO_SC�W : Biologie du développement

Analyse des processus moléculaires, génétiques, cellulaires et morphologiques responsables des changements phénotypiques dans les organismes en développement. Une variété de systèmes expérimentaux sont discutés pour identifier les mécanismes communs utilisés par les organismes en développement.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC�, BIO_SC�, CHEM�

BIO_SC� : Biologie moléculaire

(niveau croisé avec BIO_SC�). Mécanismes moléculaires de la réplication, de la mutation, de la recombinaison et de l'expression génique de l'ADN chez les procaryotes, les eucaryotes et leurs virus, le génie génétique à structure fine.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� et BIO_SC�

BIO_SC� : Biologie du cancer

(identique à BIOCHM� avec nivellement croisé avec BIO_SC�, BIOCHM�). La base cellulaire et moléculaire du cancer, en mettant l'accent sur l'application de la génomique, de la protéomique et des manipulations génétiques dans des organismes modèles à l'étude de la biologie du cancer.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� et BIO_SC�
Conseillé: BIO_SC� ou BIOCHM� et BIOCHM�

BIO_SC� : Maladies héréditaires humaines

(niveau croisé avec BIO_SC�). Les progrès de la génétique moléculaire ont conduit à une révolution dans notre compréhension de la maladie humaine. Ce cours examinera comment les technologies moléculaires, combinées à des informations détaillées sur la biologie cellulaire et la biochimie, ont été utilisées pour démêler les causes des maladies héréditaires humaines. De plus, nous examinerons comment cette nouvelle compréhension est utilisée pour concevoir des thérapies pour les maladies, et nous discuterons de certaines des questions éthiques et morales qui ont été générées par les récents progrès scientifiques.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� et BIO_SC�

BIO_SC�W : Maladies héréditaires humaines – Rédaction intensive

(niveau croisé avec BIO_SC�). Les progrès de la génétique moléculaire ont conduit à une révolution dans notre compréhension de la maladie humaine. Ce cours examinera comment ces technologies, combinées à des informations détaillées sur la biologie cellulaire et la biochimie, ont été utilisées pour démêler les causes des maladies héréditaires humaines. De plus, nous examinerons comment cette nouvelle compréhension est utilisée pour concevoir des thérapies pour les maladies, et nous discuterons de certaines des questions éthiques et morales qui ont été générées par les récents progrès scientifiques. Noté sur une base A-F uniquement.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� et BIO_SC�

BIO_SC� : Écologie moléculaire

Application de techniques de génétique moléculaire à des sujets d'écologie et de biologie des populations tels que les sex-ratios, la dispersion, les systèmes d'accouplement, la biogéographie et la génétique de la conservation.

Heure de crédits: 4
Conditions préalables: BIO_SC� ou BIO_SC� et BIO_SC�

BIO_SC� : Biologie de la reproduction des mammifères

Anatomie, physiologie et comportement de la reproduction adulte gamétogenèse et fécondation placentation différenciation sexuelle parturition comportement maternel et lactation puberté âge de la reproduction écologie de la reproduction.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: junior debout
Conseillé: 15 heures de Sciences Biologiques

BIO_SC� : Neurologie des systèmes moteurs

(niveau croisé avec BIO_SC�). Examen de la fonction des réseaux de neurones à tous les niveaux, des propriétés des neurones uniques aux grandes collections d'éléments neuronaux.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� ou consentement de l'instructeur

BIO_SC� : Cellules nerveuses et comportement

La base cellulaire du comportement. Les propriétés moléculaires et cellulaires des cellules nerveuses, liées au comportement, seront représentées et discutées.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� ou consentement de l'instructeur

BIO_SC� : Histologie des vertébrés et anatomie microscopique

Anatomie microscopique des tissus et organes des vertébrés. Comprend le laboratoire.

Heure de crédits: 5
Conditions préalables: junior debout
Conseillé: BIO_SC�, ou équivalent

BIO_SC� : Séminaire senior

Lectures et évaluation critique de problèmes et théories choisis en biologie. Offert dans une ou plusieurs sections, avec un accent sous-disciplinaire spécialisé.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: Majeure en sciences biologiques, niveau senior

BIO_SC�H : Séminaire senior - Honneurs

Lectures et évaluation critique de problèmes et théories choisis en biologie. Offert dans une ou plusieurs sections, avec un accent sous-disciplinaire spécialisé.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: Majeure en sciences biologiques, niveau supérieur Admissibilité au baccalauréat requise

BIO_SC�HW : Séminaire senior - Honours/Writing Intensive

Lectures et évaluation critique de problèmes et théories choisis en biologie. Offert dans une ou plusieurs sections, avec un accent sous-disciplinaire spécialisé.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: Majeure en sciences biologiques, niveau supérieur Admissibilité au baccalauréat requise

BIO_SC�W : Séminaire senior - Rédaction intensive

Lectures et évaluation critique de problèmes et théories choisis en biologie. Offert dans une ou plusieurs sections, avec un accent sous-disciplinaire spécialisé.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: Majeure en sciences biologiques, niveau senior

BIO_SC� : Sujets en sciences biologiques

Sujets avancés ne faisant pas partie des cours offerts régulièrement. Peut être répété pour crédit. Noté sur une base A-F uniquement.

Heure de crédit: 1-6

BIO_SC� : Physiologie moléculaire des plantes

(identique à PLNT_SCI� croisé avec BIO_SC�, PLNT_SCI�). Physiologie moderne des plantes supérieures en utilisant les plantes cultivées communes comme exemples. Peut être pris avec ou sans laboratoire.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� ou BIO_SC� et 5 heures de chimie

BIO_SC� : introduction à la biologie des rayonnements

(identique à NU_ENG�, RADIOL 7328, V_M_S� avec nivellement croisé avec BIO_SC�, NU_ENG�, RADIOL�). Notions de rayonnements ionisants, leurs actions sur la matière à travers des effets sur des systèmes chimiques simples, des molécules biologiques, la cellule, les organismes, l'homme.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: Sciences/Ingénierie un cours en Sciences Biologiques et Physique/Chimie ou accord du professeur

BIO_SC� : Anatomie végétale

(identique à PLNT_SCI� croisé avec BIO_SC�, PLNT_SCI�). Structure comparative, croissance du développement des méristèmes, structure des types cellulaires importants, systèmes tissulaires anatomie comparative de la racine de la tige, de la feuille. Souligne l'anatomie des gymnospermes, angiospermes. Comprend le laboratoire. Noté sur une base A-F uniquement.

Heure de crédits: 4
Conditions préalables: BIO_SC� ou équivalent

BIO_SC� : Histologie des vertébrés et anatomie microscopique

Anatomie microscopique des tissus et organes des vertébrés. Noté sur une base A-F uniquement.

Heure de crédits: 5
Conditions préalables: BIO_SC� et BIO_SC�, ou équivalent

BIO_SC� : Neurobiologie

(niveau croisé avec BIO_SC�). Neurobiologie des vertébrés et des invertébrés, y compris la biologie cellulaire et moléculaire du neurone, la neurophysiologie, la neuroanatomie, la neurothologie et la biologie du développement. Noté sur une base A-F uniquement.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� ou BIO_SC�

BIO_SC� : Physiologie sensorielle et comportement

(niveau croisé avec BIO_SC�). Principes de base du codage et de l'intégration des stimuli sensoriels corrélats neuronaux du comportement animal influences environnementales sur le développement sensoriel postnatal.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� ou équivalent

BIO_SC� : Neurosciences computationnelles

(identique à BIOL_EN�, ECE� à niveau croisé avec BIO_SC�, BIOL_EN�, ECE�, BME�). Un cours interdisciplinaire avec une base solide en sciences quantitatives pour les étudiants en sciences biologiques et comportementales et une introduction aux méthodes expérimentales pour les étudiants en sciences quantitatives.

Heure de crédits: 4
Conditions préalables: BIO_SC� ou BIO_SC�, MATH�

BIO_SC� : Biologie comportementale

(niveau croisé avec BIO_SC�). Etude comparative de l'éthologie animale. Principes d'éthologie animale illustrés dans différents phylums animaux.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� et un cours de niveau supérieur supplémentaire en sciences biologiques ou en psychologie

BIO_SC� : Écologie aviaire

(niveau croisé avec BIO_SC�). Examen avancé des modèles écologiques chez les oiseaux. Explore les facteurs environnementaux affectant l'évolution du comportement, de la morphologie, de la structure de la communauté et de la distribution des oiseaux.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� ou BIO_SC� BIO_SC 2600

BIO_SC� : Biologie moléculaire

(niveau croisé avec BIO_SC�). Mécanismes moléculaires de la réplication, de la mutation, de la recombinaison et de l'expression génique de l'ADN chez les procaryotes, les eucaryotes et leurs virus gène le génie génétique à structure fine.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� et BIO_SC�

BIO_SC� : Biologie du cancer

(identique à BIOCHM� avec nivellement croisé avec BIO_SC�, BIOCHM�). Le cours couvrira les principaux aspects moléculaires et cellulaires du cancer. Les étudiants liront des articles de recherche originaux, présenteront des aperçus et animeront des discussions en classe.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIOCHM�, BIO_SC� et BIO_SC� ou équivalent

BIO_SC� : Maladies héréditaires humaines

(niveau croisé avec BIO_SC�). Les progrès de la génétique moléculaire ont conduit à une révolution dans notre compréhension de la maladie humaine. Ce cours examinera comment les technologies moléculaires, combinées à des informations détaillées sur la biologie cellulaire et la biochimie, ont été utilisées pour démêler les causes des maladies héréditaires humaines.En outre, nous examinerons comment cette nouvelle compréhension est utilisée pour concevoir des thérapies pour les maladies, et nous discuterons de certaines des questions éthiques et morales qui ont été générées par les récents progrès scientifiques. Noté sur une base A-F uniquement.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� et consentement de l'instructeur

BIO_SC� : Neurologie des systèmes moteurs

(niveau croisé avec BIO_SC�). Examen de la fonction des réseaux de neurones à tous les niveaux, des propriétés des neurones uniques aux grandes collections d'éléments neuronaux. Noté sur une base A-F uniquement.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC�

BIO_SC� : Recherche sans thèse

Recherche indépendante ne débouchant pas sur une thèse. Certaines sections peuvent être proposées sur une base de notation A-F ou S/U.

Heure de crédit: 1-99
Conditions préalables: consentement de l'instructeur

BIO_SC� : sujets en sciences biologiques - biologique/physique/mathématiques

Sujets avancés ne faisant pas partie des cours offerts régulièrement.

Heure de crédit: 1-6

BIO_SC� : Compétences de survie professionnelles

Introduction aux ressources, aux installations et aux compétences en communication pour les carrières professionnelles en sciences biologiques. Les sujets comprennent les ressources informatiques, l'accès à la littérature scientifique, la création de diapositives et de figures, l'octroi de subventions, la préparation de curriculum vitae, la révision de manuscrits et la présentation de recherches.

Heure de crédits: 2

BIO_SC� : Conduite éthique de la recherche

(identique à BIOCHM�). Discussion des questions éthiques dans la recherche biologique, y compris les règles et conventions pour une conduite de recherche appropriée. Noté sur la base S/U uniquement.

Heure de crédit: 1

BIO_SC� : Développement de la communication professionnelle

Le but de ce cours est de développer les compétences en communication professionnelle chez les étudiants qui envisagent de suivre (ou sont dans leur première année de) formation universitaire. Certaines sections peuvent être proposées avec l'option de notation A-F ou S/U.

Heure de crédit: 1-2

BIO_SC� : Problèmes en sciences biologiques

La recherche ne devrait pas se terminer par une thèse ou des études avancées individuelles dans des matières spéciales.

Heure de crédit: 1-99
Conditions préalables: consentement de l'instructeur

BIO_SC� : Séminaire

Thèmes d'actualité en sciences biologiques. Ouvert à tous les étudiants diplômés. Base gradée S/U uniquement.

Heure de crédit: 1

BIO_SC� : Recherche en sciences biologiques

Recherche menant à la thèse. Noté sur la base S/U uniquement.

Heure de crédit: 1-99
Conditions préalables: consentement de l'instructeur

BIO_SC� : Séminaire dans les domaines de spécialisation

Offert chaque semestre dans une ou plusieurs sections spécialisées suivies du titre du sujet du séminaire. Noté sur la base S/U uniquement.

Heure de crédit: 1

BIO_SC� : Génétique végétale avancée

Approches génétiques des études moléculaires et biochimiques chez le maïs, le blé et Arabidopsis.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: Génétique générale et cours de biologie cellulaire ou physiologie végétale

BIO_SC� : Génétique et biologie fongiques

Introduction à la recherche fongique, avec un accent sur la génétique, la biochimie, la biologie cellulaire et moléculaire et la pathogénicité des champignons. Classé A-F uniquement.

Heure de crédits: 3

BIO_SC� : Génétique du développement

Une vue d'ensemble de divers systèmes en développement qui se prêtent à l'analyse génétique classique et moléculaire. Des phénomènes de développement spécifiques seront introduits dans des systèmes modèles particuliers, en mettant l'accent sur les approches expérimentales utilisées pour aborder les mécanismes sous-jacents.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� et BIO_SC�

BIO_SC� : Neurosciences intégratives I

(identique à NEUROSCI�). Organisation, développement et fonction du système nerveux en se concentrant sur les processus cellulaires et moléculaires. Noté sur une base A-F uniquement.

Heure de crédits: 3

BIO_SC� : Neurosciences intégratives II

(identique à NEUROSCI�). Organisation et fonction du système nerveux au niveau des systèmes pour examiner les processus de comportement et de cognition. Noté sur une base A-F uniquement.

Heure de crédits: 3

BIO_SC� : Biologie avancée du cancer

Une étude de la base moléculaire du cancer, y compris des sujets sur la biologie des cellules tumorales, les interactions entre les cellules cancéreuses et les cellules normales, les mécanismes des métastases et de nouvelles approches pour le développement de nouvelles chimiothérapies.

Heure de crédits: 3

BIO_SC� : Biologie du stress des plantes

(identique à PLNT_SCI�). Ce cours présentera les concepts de base des agents de stress des plantes abiotiques et biotiques et expliquera comment mener des recherches avec des agents de stress des plantes seuls ou en combinaison. Noté sur une base A-F uniquement.

Heure de crédits: 3

BIO_SC� : Conception d'expériences écologiques

Principes de conception expérimentale dans le contexte de la recherche écologique, comportementale et évolutive.

Heure de crédits: 2
Conditions préalables: STAT�

BIO_SC� : Concepts actuels en biologie de la conservation

Enquête sur les concepts actuels dans la littérature sur la biologie de la conservation. Les discussions fourniront aux étudiants une appréciation du développement historique des concepts, de la nature interdisciplinaire des problèmes de conservation et de la recherche requise pour des solutions efficaces.

Heure de crédits: 2

BIO_SC� : Évolution moléculaire et réseau

(identique à AN_SCI�). Évolution des macromolécules et des réseaux biologiques, y compris les algorithmes et la théorie de l'analyse des séquences, la phylogénétique, la duplication de gènes, l'évolution du génome, les principes des réseaux biologiques. Développement des compétences informatiques souligné.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: Le consentement de l'instructeur est requis

BIO_SC� : Méthodes quantitatives en sciences de la vie

(identique à PTH_AS�). Méthodes quantitatives en sciences de la vie est un cours de deuxième cycle en analyse statistique conçu pour les besoins spécifiques des étudiants en sciences de la vie, axé sur la littératie statistique : effectuer, interpréter et écrire sur l'analyse de données biologiques. En tant que tel, le cours suppose une compréhension de base de certains sujets et une faible compréhension d'autres sujets. Le cours couvrira la plupart des sujets de manière large et parfois très approfondie, mettant en évidence les dangers et les pièges des différentes méthodes, tout en fournissant des lignes directrices pour un large éventail d'approches statistiques de l'analyse des données. Le cours cherche à trouver l'équilibre entre vraiment comprendre toutes les mathématiques impliquées et apprendre à être un praticien compétent et un consommateur d'analyse, en mettant l'accent sur la pratique plutôt que sur la théorie, avec un accent supplémentaire sur la communication de données (traçage, graphiques, chiffres) et de résultats. Noté sur une base A-F uniquement.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: Consentement de l'instructeur

BIO_SC� : Génétique écologique

Génétique des populations et théorie de l'évolution, en mettant l'accent sur les études des populations naturelles.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC�, BIO_SC� ou BIO_SC�, et STAT� ou équivalent

BIO_SC� : Spéciation

Discussion avancée sur les concepts d'espèces et les processus de formation des espèces.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� et BIO_SC�

BIO_SC� : Enseignement des sciences au collège

(identique à LTC�, PHYSCS�, ASTRON 8310). Étude des caractéristiques des apprenants, des stratégies d'enseignement et des résultats de recherche liés à l'enseignement des sciences au niveau postsecondaire.

Heure de crédits: 3

BIO_SC� : Sensibilisation à la science : compréhension publique de la science

(identique à AN_SCI�, PHYSCS�, LTC�). Développement de présentations à un public adulte sur les questions scientifiques sous-jacentes d'actualité. Peut être répété pour crédit.

Heure de crédit: 1-2

BIO_SC� : Intégrer la science à la sensibilisation

(identique à LTC�). Ce cours offre aux étudiants la possibilité d'obtenir des crédits pour des activités de sensibilisation dans la communauté. Les étudiants tireront parti de leur domaine d'étude et de leur expertise scientifique pour développer, mettre en œuvre et évaluer des activités de sensibilisation connexes. Peut être répété pour crédit.

Heure de crédit: 1-6

BIO_SC� : Interactions plante/animal

Discussion et conférences sur l'herbivorie, la biologie de la pollinisation et la dynamique de la dispersion des fruits et des graines du point de vue écologique et évolutif.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC� ou BIO_SC 4660 ou équivalent

BIO_SC� : Recherche en sciences biologiques

Recherche menant à la thèse. Noté sur la base S/U uniquement.

Heure de crédit: 1-99
Conditions préalables: consentement de l'instructeur

BIO_SC� : Biologie moléculaire II

(identique à MICROB�, BIOCHM�) Analyse expérimentale détaillée de la biologie cellulaire et moléculaire eucaryote pertinente pour l'expression des gènes cellulaires et viraux, les modifications post-transcriptionnelles et post-traductionnelles et la réplication du génome. Les modèles d'analyse génétique du développement et les déterminants génétiques contrôlant les processus utilisant la littérature actuelle seront examinés.

Heure de crédits: 4
Conditions préalables: MICROB 9430

BIO_SC� : Biologie moléculaire de la croissance et du développement des plantes

(identique à BIOCHM�). Biologie moléculaire des hormones végétales, transduction de signaux, signaux environnementaux.

Heure de crédits: 3
Conditions préalables: BIO_SC�


Contenu

Certains des premiers travaux avec ce qui serait considéré comme des organismes modèles ont commencé parce que Gregor Johann Mendel a estimé que les vues de Darwin étaient insuffisantes pour décrire la formation d'une nouvelle espèce et il a commencé son travail avec les plants de pois qui sont si célèbres aujourd'hui. Dans son expérimentation pour trouver une méthode par laquelle les idées de Darwin pourraient être expliquées, il a hybridé et croisé les pois et a découvert qu'en faisant cela, il pouvait isoler les caractéristiques phénotypiques des pois. Ces découvertes faites dans les années 1860 sont restées en sommeil pendant près de quarante ans jusqu'à ce qu'elles soient redécouvertes en 1900. Les travaux de Mendel ont ensuite été corrélés avec ce qu'on appelait les chromosomes dans le noyau de chaque cellule. Mendel a créé un guide pratique de l'élevage et cette méthode a été appliquée avec succès pour sélectionner certains des premiers organismes modèles d'autres genres et espèces tels que les cochons d'Inde, Drosophile (mouche des fruits), des souris et des virus comme le virus de la mosaïque du tabac. [2]

Drosophile Éditer

La mouche des fruits Drosophila melanogaster a fait le saut de la nature à l'animal de laboratoire en 1901. À l'Université de Harvard, Charles W. Woodworth a suggéré à William E. Castle que Drosophile pourrait être utilisé pour des travaux génétiques. [3] Castle, avec ses étudiants, a alors d'abord apporté la mouche dans leurs laboratoires pour une utilisation expérimentale. En 1903, William J. Moenkhaus avait apporté Drosophile de retour dans son laboratoire à l'Indiana University Med School. Moenkhaus a à son tour convaincu l'entomologiste Frank E. Lutz que ce serait un bon organisme pour le travail qu'il effectuait à la Station for Experimental Evolution de la Carnegie Institution à Cold Springs Harbor, Long Island, sur l'évolution expérimentale. Au cours de l'année 1906 Drosophile a été adopté par l'homme qui allait devenir très connu pour son travail avec les mouches, Thomas Hunt Morgan. Un homme du nom de Jacques Loeb a également tenté l'expérimentation sur les mutations de Drosophile indépendamment des travaux de Morgan au cours de la première décennie du vingtième siècle. [4]

Thomas Hunt Morgan est considéré comme l'un des hommes les plus influents de la biologie expérimentale au début du XXe siècle et son travail avec le Drosophile était vaste. Il a été l'un des premiers dans le domaine à réaliser le potentiel de cartographier les chromosomes de Drosophila melanogaster et tous les mutants connus. Il étendra plus tard ses découvertes à une étude comparative d'autres espèces. Grâce à une observation attentive et minutieuse, lui et d'autres « drosophiles » ont pu contrôler les mutations et se reproduire pour de nouveaux phénotypes. Grâce à de nombreuses années de travail comme celui-ci, les normes de ces mouches sont devenues assez uniformes et sont encore utilisées dans la recherche aujourd'hui. [5]

Micro-organismes Modifier

Les insectes n'étaient pas les seuls organismes à entrer dans les laboratoires en tant que sujets d'essai. Des bactéries ont également été introduites et avec l'invention du microscope électronique en 1931 par Ernst Ruska, un tout nouveau domaine de la microbiologie est né. [6] Cette invention a permis aux microbiologistes de voir des objets qui étaient beaucoup trop petits pour être vus par n'importe quel microscope optique. [7] En 1932, Wendell Stanley a commencé une compétition directe avec Carl G. Vinson pour être le premier à isoler complètement le virus de la mosaïque du tabac, un virus qui avait jusque-là tué de manière invisible les plants de tabac à travers l'Angleterre. [8] C'était Stanley qui accomplirait cette tâche d'abord en changeant le pH à un plus acide. Ce faisant, il a pu conclure que le virus était soit une protéine, soit étroitement lié à une protéine, bénéficiant ainsi à la recherche expérimentale.

Il y a des raisons très importantes pour lesquelles ces nouveaux organismes beaucoup plus petits comme le virus de la mosaïque du tabac et E. coli ont fait leur chemin dans les laboratoires des biologistes moléculaires. Des organismes comme Drosophile et tribolium étaient beaucoup trop vastes et trop complexes pour les simples expériences quantitatives que des hommes comme Wendell Stanley voulaient effectuer. [9] Avant l'utilisation de ces organismes simples, le biologiste moléculaire avait des organismes relativement complexes avec lesquels travailler.

Aujourd'hui, ces virus, y compris les bactériophages, sont largement utilisés en génétique. Ils sont essentiels pour aider les chercheurs à produire de l'ADN dans les bactéries. Le virus de la mosaïque du tabac a un ADN qui s'empile d'une manière distinctive qui a influencé le développement de Watson et Cricks de leur modèle de structure hélicoïdale pour l'ADN. [dix]

Souris Modifier

Tant la communauté des insectes que les virus ont été un bon début pour l'histoire des organismes modèles, mais il y a encore plus d'acteurs impliqués. Au tournant du siècle, de nombreuses recherches biomédicales étaient effectuées en utilisant des animaux et en particulier des corps de mammifères pour faire mieux comprendre aux biologistes les processus vitaux. C'est à cette époque que les sociétés humanitaires américaines sont devenues très impliquées dans la préservation des droits des animaux et, pour la première fois, ont commencé à obtenir le soutien du public pour cette entreprise. A cette même époque, la biologie américaine traversait elle aussi ses propres réformes internes. De 1900 à 1910, trente écoles de médecine sont contraintes de fermer. Pendant cette période de troubles, un homme nommé Clarence Cook Little, à travers une série d'événements heureusement chronométrés, est devenu chercheur à la Harvard Medical School et a travaillé sur les cancers de la souris. Il a commencé à développer de grandes colonies de souris mutantes. Sous la direction du Dr William Castle, Little a contribué à développer les habitudes d'élevage des animaux dans le laboratoire Bussey à Harvard. En raison de la liberté dans la manière dont Castle a été autorisé à gérer le laboratoire et de son soutien financier de l'Université, ils ont pu créer un vaste programme de génétique des mammifères. [11]

Les souris se sont avérées être une solution presque parfaite pour les sujets de test pour la recherche génétique sur les mammifères. Le fait qu'ils aient été élevés par des « amateurs de rats » pendant des centaines d'années a permis la diversité des populations d'un animal alors que le public avait beaucoup moins de sentiment pour ces rongeurs qu'il n'en avait pour les chiens et les chats. En raison de l'allocation sociale, Little a pu prendre de nouvelles idées de « souches génétiques pures » fusionnant à partir de la génétique végétale ainsi que de travailler avec Drosophile et courir avec eux. L'idée de la consanguinité pour atteindre cet objectif d'une « souche pure » ​​chez la souris était une idée qui aurait pu créer une réponse négative à la fertilité des souris, arrêtant ainsi la souche. Little a atteint son objectif d'une souche de souris génétiquement pure en 1911 et a publié ses découvertes peu de temps après. Il poursuivra son travail avec ces souris et utilise ses recherches pour démontrer que la consanguinité est un moyen efficace d'éliminer la variation et sert à préserver des variantes génétiques uniques. À cette époque également, de nombreux travaux étaient en cours sur ces souris et sur la recherche sur le cancer et les tumeurs. [12]

Tout au long des années 1920, les travaux se sont poursuivis avec ces souris en tant qu'organismes modèles pour la recherche sur les tumeurs et la génétique. C'est pendant la grande dépression que ce domaine d'études va prendre son plus gros coup. Avec l'économie au plus bas, les laboratoires ont été contraints de vendre beaucoup de leurs souris juste pour éviter de fermer. Cette nécessité de fonds a pratiquement arrêté la continuation de ces souches de souris. La transition de ces laboratoires vers des exportateurs de quantités massives de souris s'est faite assez facilement s'il y avait des installations adéquates pour leur production sur place. Finalement, au milieu des années 1930, le marché reviendra et les laboratoires de génétique de tout le pays reprennent leur financement régulier et poursuivent ainsi les domaines de recherche qu'ils avaient commencés avant la dépression. Au fur et à mesure que les recherches se poursuivaient, la production de souris dans des endroits comme le Jackson Laboratory s'est également poursuivie. Des installations comme celles-ci ont pu produire des souris pour des installations de recherche du monde entier. Ces souris ont été élevées avec la technique d'élevage mendélienne que Little avait mise en œuvre comme pratique standard vers 1911. Cela signifiait que les souris expérimentées n'étaient pas seulement les mêmes au sein du laboratoire, mais dans différents laboratoires à travers le monde. [13]

La souris est restée importante au fur et à mesure que la génétique moléculaire et la génomique ont progressé. Le séquençage d'un génome de souris de référence a été achevé en 2002. génomes.


Une introduction à la culture de tissus végétaux : avancées et perspectives

Les techniques de culture de tissus végétaux sont les outils biotechnologiques les plus fréquemment utilisés à des fins fondamentales et appliquées allant de l'étude des processus de développement des plantes, des études de gènes fonctionnels, de la micropropagation commerciale des plantes, de la génération de plantes transgéniques avec des caractéristiques industrielles et agronomiques spécifiques, de la sélection végétale et de l'amélioration des cultures, des virus l'élimination du matériel infecté pour obtenir du matériel végétal sain de haute qualité, la préservation et la conservation du matériel génétique des cultures végétales à multiplication végétative et le sauvetage des espèces végétales menacées ou en danger. De plus, les cultures de cellules végétales et d'organes présentent un intérêt pour la production de métabolites secondaires d'intérêt industriel et pharmaceutique. De nouvelles technologies, telles que celles d'édition du génome combinées à la culture tissulaire et à l'infection à Agrobacterium tumefaciens, sont actuellement des alternatives prometteuses pour la manipulation génétique très spécifique de traits agronomiques ou industriels intéressants chez les plantes cultivées. L'application de l'omique (génomique, transcriptomique et protéomique) à la culture de tissus végétaux aidera certainement à démêler des processus de développement complexes tels que l'organogenèse et l'embryogenèse somatique, ce qui permettra probablement d'améliorer l'efficacité des protocoles de régénération des espèces récalcitrantes.De plus, la métabolomique appliquée à la culture tissulaire facilitera l'extraction et la caractérisation de mélanges complexes de produits végétaux naturels d'intérêt industriel. Les aspects généraux et spécifiques et les applications de la culture de tissus végétaux ainsi que les avancées et perspectives sont décrits dans cette édition.

Mots clés: Culture aseptique Organismes génétiquement modifiés Propagation à grande échelle Génie métabolique Culture de cellules végétales Protéomique Transcriptomique.


Avancées dans l'analyse RIP-chip : RNA-binding protein immunoprecipitation-microarray profiling

Chez les organismes eucaryotes, les réseaux de régulation génique nécessitent un niveau supplémentaire de coordination qui relie les processus transcriptionnels et post-transcriptionnels. Les ARN messagers ont traditionnellement été considérés comme des molécules passives dans la voie allant de la transcription à la traduction. Cependant, il est maintenant clair que les protéines de liaison à l'ARN (RBP) jouent un rôle majeur dans la régulation de plusieurs ARNm pour faciliter les modèles d'expression génique. Sur cette base, les réseaux d'expression génique post-transcriptionnelle et transcriptionnelle semblent être très analogues. Nos recherches précédentes se sont concentrées sur le ciblage des RBP pour développer une meilleure compréhension du traitement de l'expression génique post-transcriptionnelle et de la régulation des réseaux d'ARNm. Nous avons développé des technologies pour purifier les complexes RBP-ARNm formés de manière endogène à partir d'extraits cellulaires et identifier les messages associés à l'aide de la technologie de microarray à l'échelle du génome, une méthode appelée ribonomics ou RNA-binding protein immunoprecipitation-microarray (Chip) profiling ou RIP-Chip. L'utilisation des méthodes RIP-Chip a fourni de grandes informations sur l'infrastructure de l'expression génique post-transcriptionnelle eucaryote coordonnée, informations qui n'auraient pas pu être obtenues à l'aide des approches traditionnelles de profilage d'expression d'ARN (1). Ce chapitre décrit les techniques RIP-Chip les plus courantes telles que nous les pratiquons actuellement. Nous discutons également de certains des aspects informatiques propres à l'analyse des données RIP-Chip.


Voir la vidéo: Comment définir un chromosome et une cellule? - Cest pas sorcier (Août 2022).