Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

A new method for determining nucleotide sequences in DNA is described. It is similar to the “plus and minus” method [Sanger, F. & Coulson, A. R. (1975) J. Mol. Biol. 94, 441-448] but makes use of the 2′,3′-dideoxy and arabinonucleoside analogues of the normal deoxynucleoside triphosphates, which act as specific chain-terminating inhibitors of DNA polymerase. The technique has been applied to the DNA of bacteriophage ϕX174 and is more rapid and more accurate than either the plus or the minus method.

Một phương pháp đã được đưa ra để chuyển giao điện di protein từ gel polyacrylamide sang tấm nitrocellulose. Phương pháp này cho phép chuyển giao định lượng protein ribosome từ gel có chứa ure. Đối với gel natri dodecyl sulfate, mô hình ban đầu của dải vẫn giữ nguyên mà không mất độ phân giải, nhưng việc chuyển giao không hoàn toàn định lượng. Phương pháp này cho phép phát hiện protein bằng phương pháp tự động chụp ảnh phóng xạ và dễ dàng hơn so với các quy trình thông thường. Các protein cố định có thể được phát hiện bằng các quy trình miễn dịch học. Tất cả dung lượng liên kết bổ sung trên nitrocellulose được chặn bằng protein dư thừa, sau đó một kháng thể đặc hiệu được liên kết và cuối cùng, kháng thể thứ hai chống lại kháng thể thứ nhất được liên kết tiếp. Kháng thể thứ hai được đánh dấu phóng xạ hoặc liên hợp với fluorescein hoặc với peroxidase. Protein đặc hiệu sau đó được phát hiện bằng cách chụp ảnh phóng xạ tự động, dưới ánh sáng UV, hoặc bằng sản phẩm phản ứng với peroxidase, tương ứng. Trong trường hợp sau, chỉ cần 100 pg protein có thể được phát hiện rõ ràng. Dự kiến phương pháp này sẽ có thể áp dụng để phân tích nhiều loại protein khác nhau với các phản ứng hoặc liên kết đặc hiệu.

Mặc dù phân tích biểu hiện RNA toàn bộ hệ gen đã trở thành một công cụ thường xuyên trong nghiên cứu y sinh, việc rút ra hiểu biết sinh học từ thông tin đó vẫn là một thách thức lớn. Tại đây, chúng tôi mô tả một phương pháp phân tích mạnh mẽ gọi là Phân tích Làm giàu Bộ gen (GSEA) để diễn giải dữ liệu biểu hiện gen. Phương pháp này đạt được sức mạnh của nó bằng cách tập trung vào các bộ gen, tức là các nhóm gen chia sẻ chức năng sinh học chung, vị trí nhiễm sắc thể hoặc sự điều hòa. Chúng tôi chứng minh cách GSEA cung cấp những hiểu biết sâu sắc vào một số tập dữ liệu liên quan đến ung thư, bao gồm bệnh bạch cầu và ung thư phổi. Đáng chú ý, trong khi phân tích từng gen cho thấy ít giống nhau giữa hai nghiên cứu độc lập về sự sống sót của bệnh nhân ung thư phổi, GSEA lại tiết lộ nhiều con đường sinh học chung. Phương pháp GSEA được hiện thực hóa trong một gói phần mềm miễn phí, cùng với một cơ sở dữ liệu ban đầu gồm 1.325 bộ gen định nghĩa sinh học.

Computational properties of use of biological organisms or to the construction of computers can emerge as collective properties of systems having a large number of simple equivalent components (or neurons). The physical meaning of content-addressable memory is described by an appropriate phase space flow of the state of a system. A model of such a system is given, based on aspects of neurobiology but readily adapted to integrated circuits. The collective properties of this model produce a content-addressable memory which correctly yields an entire memory from any subpart of sufficient size. The algorithm for the time evolution of the state of the system is based on asynchronous parallel processing. Additional emergent collective properties include some capacity for generalization, familiarity recognition, categorization, error correction, and time sequence retention. The collective properties are only weakly sensitive to details of the modeling or the failure of individual devices.

A number of recent studies have focused on the statistical properties of networked systems such as social networks and the Worldwide Web. Researchers have concentrated particularly on a few properties that seem to be common to many networks: the small-world property, power-law degree distributions, and network transitivity. In this article, we highlight another property that is found in many networks, the property of community structure, in which network nodes are joined together in tightly knit groups, between which there are only looser connections. We propose a method for detecting such communities, built around the idea of using centrality indices to find community boundaries. We test our method on computer-generated and real-world graphs whose community structure is already known and find that the method detects this known structure with high sensitivity and reliability. We also apply the method to two networks whose community structure is not well known—a collaboration network and a food web—and find that it detects significant and informative community divisions in both cases.

Chúng tôi đã phát triển một phương pháp đơn giản và hiệu quả cao để xóa bỏ các gen nhiễm sắc thể trong Escherichia coli mà trong đó các mồi PCR cung cấp sự đồng đồng nội cho các gen mục tiêu. Trong quy trình này, sự tái tổ hợp yêu cầu enzym tái tổ hợp phage λ Red, được tổng hợp dưới sự kiểm soát của một promoter có thể kích hoạt trên một plasmid mang số lượng bản sao thấp và dễ tháo bỏ. Để chứng minh tính khả thi của phương pháp này, chúng tôi đã tạo ra các sản phẩm PCR bằng cách sử dụng các mồi có độ dài 36- đến 50-nucleotide nối với các vùng liền kề gen cần inactivate và các plasmid khuôn mang các gen kháng sinh được bao quanh bởi các vị trí FRT (đích nhận diện FLP). Bằng cách sử dụng các sản phẩm PCR tương ứng, chúng tôi đã thực hiện 13 sự phá vỡ khác nhau của các gen nhiễm sắc thể. Các đột biến của arcB, cyaA, lacZYA, ompR-envZ, phnR, pstB, pstCA, pstS, pstSCAB-phoU, recA, và torSTRCAD đã được phân lập dưới dạng các thuộc địa kháng sinh sau khi đưa vào vi khuẩn mang plasmid biểu hiện Red DNA tổng hợp (tạo ra bằng PCR). Các gen kháng thuốc sau đó được loại bỏ bằng cách sử dụng một plasmid hỗ trợ mã hóa FLP tái tổ hợp, cũng dễ dàng tháo bỏ. Quy trình này nên được áp dụng rộng rãi, đặc biệt trong phân tích gen của E. coli và các vi khuẩn khác vì quy trình này có thể được thực hiện trong các tế bào kiểu hoang.

A baseline or control state is fundamental to the understanding of most complex systems. Defining a baseline state in the human brain, arguably our most complex system, poses a particular challenge. Many suspect that left unconstrained, its activity will vary unpredictably. Despite this prediction we identify a baseline state of the normal adult human brain in terms of the brain oxygen extraction fraction or OEF. The OEF is defined as the ratio of oxygen used by the brain to oxygen delivered by flowing blood and is remarkably uniform in the awake but resting state (e.g., lying quietly with eyes closed). Local deviations in the OEF represent the physiological basis of signals of changes in neuronal activity obtained with functional MRI during a wide variety of human behaviors. We used quantitative metabolic and circulatory measurements from positron-emission tomography to obtain the OEF regionally throughout the brain. Areas of activation were conspicuous by their absence. All significant deviations from the mean hemisphere OEF were increases, signifying deactivations, and resided almost exclusively in the visual system. Defining the baseline state of an area in this manner attaches meaning to a group of areas that consistently exhibit decreases from this baseline, during a wide variety of goal-directed behaviors monitored with positron-emission tomography and functional MRI. These decreases suggest the existence of an organized, baseline default mode of brain function that is suspended during specific goal-directed behaviors.

We have developed three computer programs for comparisons of protein and DNA sequences. They can be used to search sequence data bases, evaluate similarity scores, and identify periodic structures based on local sequence similarity. The FASTA program is a more sensitive derivative of the FASTP program, which can be used to search protein or DNA sequence data bases and can compare a protein sequence to a DNA sequence data base by translating the DNA data base as it is searched. FASTA includes an additional step in the calculation of the initial pairwise similarity score that allows multiple regions of similarity to be joined to increase the score of related sequences. The RDF2 program can be used to evaluate the significance of similarity scores using a shuffling method that preserves local sequence composition. The LFASTA program can display all the regions of local similarity between two sequences with scores greater than a threshold, using the same scoring parameters and a similar alignment algorithm; these local similarities can be displayed as a "graphic matrix" plot or as individual alignments. In addition, these programs have been generalized to allow comparison of DNA or protein sequences based on a variety of alternative scoring matrices.

We report free-standing atomic crystals that are strictly 2D and can be viewed as individual atomic planes pulled out of bulk crystals or as unrolled single-wall nanotubes. By using micromechanical cleavage, we have prepared and studied a variety of 2D crystals including single layers of boron nitride, graphite, several dichalcogenides, and complex oxides. These atomically thin sheets (essentially gigantic 2D molecules unprotected from the immediate environment) are stable under ambient conditions, exhibit high crystal quality, and are continuous on a macroscopic scale.