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Biotechnology
Explorer
pGLO
Bacterial
Transformation Kit
Catalog #166-0003EDU
explorer.bio-rad.com
For technical support call your local Bio-Rad office, or in the U.S., call 1-800-424-6723
pGLO
araC
GFP
bla
ori
See individual components for storage temperature.
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How can jellyfish shed light on the subject?
One of the biggest challenges for first-time students of biotechnology or molecular biology
is that many of the events and processes they are studying are invisible. The
Biotechnology Explorer program has a solution: a gene from a bioluminescent jellyfish and its
Green Fluorescent Protein—GFP.GFP fluoresces a brilliant green when viewed with a
hand-held long-wave ultraviolet light (such as a pocket geology lamp).
The gene for GFP was originally isolated from the jellyfish, 
Aequorea victoria
.The wild-type
jellyfish gene has been modified by Maxygen Inc., a biotechnology company in Santa
Clara, California. Specific mutations were introduced into the DNA sequence, which greatly
enhance fluorescence of the protein. This modified form of the GFP gene has been inserted
into Bio-Rad’s pGLO plasmid and is now available exclusively from Bio-Rad for educational
applications.
GFP is incredibly bright. Using pGLO to transform bac teria, students can actually
observe gene expression in real time. Following the transformation with Bio-Rad’s GFP
purification kit, studentspurify the genetically engineered GFP from their transformed bacteria
using a simple chromatographyprocedure. The entire process is visible using the hand-held
UV lamp.
Guided Investigation
The intent of this curriculum is to guide students through the thought process involved in a
laboratory-based scientific procedure. The focus here is not so much on the answer or
result, but rather on how the result was obtained and how it can be substantiated by careful
observation and analysis of data. This is referred to as a guided inquiry-based laboratory
investigation.
At each step along the way, student understanding of the process and the analysis of data
is stressed.  Instead of providing students with explanations or interpretations, the Student
Manual poses a series of questions to focus and stimulate thinking about all aspects of the
investigation. Answers are providedin the Instructor’s Answer Guide.
Student involvement in this process will result in an increased understanding of the 
scientific process and the value of proceeding into a task in an organized and logical
fashion. Furthermore, we are expecting that students who engage in this type of process
will start to develop a more positive sense of their ability to understand the scientific
method.
Bio-Rad’s GFP-based curriculum is unique and has generated an unprece dented level of
excitement among science educators. We strive to continually improve our curriculum and
products. Your input is extremely important to us. We welcome your stories, comments,
and suggestions.
Biotechnology Explorer Team
Bio-Rad Laboratories
6000 James Watson Drive
Hercules, CA  94547
Biotechnology_Explorer@bio-rad.com
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Create context. Reinforce learning. Stay current.
New scientific discoveries and technologies
create more content for you to teach,
but not more time. Biotechnology
Explorer kits help you teach more
effectively by integrating multiple
core content subjects into a 
single lab. Connect concepts
with techniques and put
them into context with
real-world scenarios.
pGLO
Bacterial
Transformation
Kit
Environmental
and Health
Science
• Genetically modified
organisms (GMOs)
• GMOs in research, medicine,
nutrition, and bioremediation
• Global challenges of GMOs
• Microbiology
• Prokaryotic cell structure
and cell division
• Selective growth media
• Bacterial metabolism
• Genetic engineering of
organisms
• Use of experimental controls
• Interpretation of experimental
results
• Calculate transformation
efficiency
• DNA > RNA > protein > trait
• Bacterial transformation
• The 
lac
operon
• Creating genetically engineered
organisms (GMOs)
• Structure and function of genes
• Gene regulation and transcription
factors
• DNA structure, function,
and chemistry
• Chemical properties of
biological molecules
• Effects of temperature and
pH on biochemical reactions
• Antibiotic selection and
resistance genes
• Selection mechanisms
• Adaptation to environment
• Bacterial conjugation and
gene transmission
Scientific
Inquiry
Chemistry
of Life
Genetics
Cell and
Molecular
Biology
Evolution
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Table of Contents
Instructor’s Guide
Page
Introduction to Transformation ........................................................................................1
The pGLO System m ..........................................................................................................1
Kit Inventory Checklist......................................................................................................2
Implementation Timeline..................................................................................................5
Safety Issues..................................................................................................................5
Lesson Points to Highlight................................................................................................6
General Laboratory Skills......................................................................6
Experimental Points –Optimizing your pGLO Lab Experiment t ..............7
Conceptual Points..................................................................................8
Instructor’s Advance Preparation Overview....................................................................11
Workstation Checklist....................................................................................................11
Instructor’s Advance Preparation Guide........................................................................13
Quick Guide (Graphic Laboratory Protocol)....................................................................18
Instructor’s Answer Guide..............................................................................................20
Student Manual
Lesson 1
Introduction to Transformation..............................................................32
Focus Questions..................................................................................33
Lesson 2
Transformation Laboratory y ..................................................................36
Review Questions................................................................................42
Lesson 3
Data Collection and Analysis................................................................43
Analysis of Results..............................................................................44
Review Questions................................................................................45
Lesson 4
Extension Activity: Calculate Transformation Efficiency........................47
Appendices
Appendix A
Historical Links to Biotechnology..........................................................53
Appendix B
Glossary of Terms................................................................................57
Appendix C
Basic Molecular Biology Concepts and Terminology............................59
Appendix D
Gene Regulation..................................................................................64
Appendix E
Photodocumentation of pGLO Plates using Vernier’s BlueView 
Transilluminator....................................................................................66
Appendix F
References..........................................................................................67
1
Introduction to Transformation
In this lab, your students will perform a procedure known as genetic transformation.
Genetic transformation occurs when a cell takes up (takes inside) and expresses a new
piece of genetic material—DNA. This new genetic information often provides the organism
with a new trait which is identifiable after transformation. Genetic transformation literally
means change caused by genes and involves the insertion of one or more gene(s) into an
organism in order to change the organism’s traits.
Genetic transformation is used in many areas of biotechnology. In agriculture, genes coding
for traits such as frost, pest, or drought resistance can be genetically transformed into
plants. In bioremediation, bacteria can be genetically transformed with genes enabling
them to digest oil spills. In medicine, diseases caused by defective genes are beginning to
be treated by gene therapy; that is, by genetically transforming a sick person’s cells with
healthy copies of the defective gene that causes their disease.
Genes can be cut out of human, animal, or plant DNA and placed inside bacteria. For example,
a healthy human gene for the hormone insulin can be put into bacteria. Under the right conditions,
these bacteria can make authentic human insulin. This insulin can then be used to treat
patients with the genetic disease, diabetes, because their insulin genes do not function normally.
The pGLO System
With the pGLO transformation kit, students use a simple procedure to transform bacteria
with a gene that codes for Green Fluorescent Protein (GFP). The real-life source of this
gene is the bioluminescent jellyfish 
Aequorea victoria
, and GFP causes the jellyfish to 
fluoresce and glow in the dark. Following the transformation procedure, the bacteria
express their newly acquired jellyfish gene and produce the fluorescent protein which causes
them to glow a brilliant green color under ultraviolet light.
In this activity, students will learn about the process of moving genes from one organism
to another with the aid of a plasmid. In addition to one large chromosome, bacteria naturally
contain one or more small circular pieces of DNA called plasmids. Plasmid DNA usually
contains genes for one or more traits that may be beneficial to bacterial survival. In nature, 
bacteria can transfer plasmids back and forth, allowing them to share these beneficial
genes. This natural mechanism allows bacteria to adapt to new environments. The recent
occurrence of bacterial resistance to antibiotics is due to the transmission of plasmids.
Bio-Rad’s unique pGLO plasmid contains the gene for GFP and a gene for resistance to the
antibiotic ampicillin. pGLO also incorporates a special gene regulation system that can be used
to control expression of the fluorescent protein in transformed cells. The gene for GFPcan be
switched on in transformedcells simply by adding the sugar arabinoseto the cell’s nutrient 
medium. Selection for cells that have been transformed with pGLO DNA is accomplished by
growth on antibiotic plates. Transformed cells will appear white (wild-type phenotype) on plates
not containing arabinose, and fluorescent green when arabinose is included in the nutrient agar.
The unique construction of pGLO allows educators and students, for the very first time, to easily
explore mechanisms of gene regulation (Appendix D) and genetic selection. And, the entire 
process is observable with an inexpensive long-wave UV lamp or with the provided pen-light.
In order for your students to gain the most from this experiment, they should know what
a gene is and understand the relationship between genes and proteins. For a more
detailed discussion of these and other basic molecular biology concepts and terms, refer to
the review provided in Appendix B.
This pGLO transformation kit provides the opportunity for additional activities involving
purification of the recombinant fluorescent protein from transformed bacteria using the GFP
chromatography kit (catalog # 166-0005EDU) and the separation of proteins expressed in
E. coli
, such as the GFP protein by using the pGLO SDS-PAGE Extension kit (catalog
#166-0013EDU.)
Kit Inventory Check (✔) List
This section lists the components provided in the bacterial transformation kit. It also
lists required accessories. Each kit contains sufficient materials to outfit 8 student
workstations. Use this as a checklist to inventory your supplies before beginning the
experiments. All kit components can be stored at room temperature until use.
Kit Components 
Number/Kit
(✔)
E. coli
HB101 K–12, lyophilized
1 vial 
Plasmid (pGLO), lyophilized, 20 µg
1 vial 
Ampicillin, lyophilized, 30 mg
1 vial
L (+) Arabinose, lyophilized, 600 mg
1 vial
Transformation solution (50 mM CaCl
2
, pH 6.1), sterile, 15 ml
1 bottle
LB nutrient broth, sterile, 10 ml
1 bottle
LB nutrient agar powder, sterile (to make 500 ml), 20 g
1 pouch
Pipets, sterile, individually wrapped
50
Inoculation loops, sterile, 10 µl, packs of 10 loops 
8 pks
Petri dishes, 60 mm, sterile packs of 20
2 pks
Multicolor microcentrifuge tubes, 2.0 ml
60
Foam micro test tube holders
8
UV pen light
1
Instruction manual (Available online or 
printed manual available by request)
1
Required Accessories – Not included in this kit
Number/Kit
(✔)
Clock or watch to time 50 sec
Microwave oven
Temperature controlled water bath, 1–6 liter
(catalog # 166-0504EDU)*
Thermometer that reads 42oC
1 L flask
500 ml graduated cylinder
Distilled water, 500 ml
Crushed ice, not cubed ice, and containers (foam cups work well)
1–8 
10 ml of bleach (household variety), 10% solution
10 ml
Permanent marker pens
4–8
* If a temperature controlled water bath is not available, obtain a container (foam is best) for hot water
and use a hot plate or hot tap water to get the water to 42°C.
Optional Accessories
Number/Kit
(✔)
Vortexer
Micropipets, adjustable volume, 2–20 µl 
(catalog #166-0506EDU or 166-0551EDU)
1
Parafilm laboratory sealing film
1
2–20 µl pipet tips
37°C incubator oven (catalog #166-0501EDU)**
1
Vernier Blue Digital BioImaging System (BL-DBS)
1
** If an incubator oven is not available, try using an electric blanket or construct a homemade 
incubator with a cardboard box and a low voltage light bulb inside. Otherwise incubate agar plates
48 hours to 72 hours at ambient room temperature (see General Lab Skills
Incubation).  
2
Catalog #
Product Description
166-0555EDU
pGLO Bacterial Transformation Kit Refill Package
166-0405EDU
pGLO Plasmid, 20 µg, lyophilized
166-0406EDU
Arabinose, 600 mg, lyophilized
166-0407EDU
Ampicillin, 30 mg, lyophilized
166-0408EDU
E. coli
strain HB101 K-12, lyophilized
166-0409EDU
Transformation Solution, 15 ml
166-0421EDU
LB broth, 10 ml
166-0600EDU
LB Nutrient Agar Powder, 20 g, makes forty, 60 mm agar plates
166-0472EDU
LB Nutrient Agar Powder, 500 g, makes one thousand, 
60 mm agar plates
166-0479EDU
Jellyfish Foam Floating Racks, 8 racks with 12 microcentrifuge
tube wells
166-0500EDU
Long-Wave UV Lamp, 1
166-0530EDU
UV Pen Light, 1
166-0470EDU
Petri Dishes, 60 mm sterile, 500
166-0471EDU
Inoculation Loops, sterile, 80
166-0474EDU
Disposable Plastic Transfer Pipets, sterile, 500
166-0480EDU
Disposable Plastic Transfer Pipets, nonsterile, 500
166-0473EDU
Colored 1.5 ml Micro Test Tubes, 6 colors, 600
223-9480EDU
EZ Micro™ Test Tubes, 1.5 ml, natural, 500
223-9430EDU
EZ Micro Test Tubes, 2.0 ml, natural, 500
166-0033EDU
Instruction Manual (Available online or printed manual available
by request)
3
National Science Standards and pGLO Transformation.
Science as Inquiry
Design and conduct scientific inquiry.
Students will understand the need for controls for the experiment.
Use technology and mathematics to improve investigations and communications.
Students use mathematics to calculate transformation efficiency. They can evaluate
differences in techniques based on efficiencies.
Life Science Standards
The Cell
Cells have particular structures that underlie their functions
Students should understand the role and function of the cell membrane and how
procedures in the lab are designed to get the plasmid across the cell membrane.
Most cell functions involve chemical reactions.  
Transformation solution contains calcium chloride. Students should understand
how this salt dissociates in solution to surround the charged DNA molecules.  
Cells store and use information to guide their functions.
Students provide new information to the cell that allows it to make new proteins.
Cell functions are regulated.
The production of the GFP protein is regulated by the sugar arabinose
In all organisms, the instructions for specifying the characteristics of the organism
are carried in DNA.
The plasmid introduced to the cell is a circular, autonomously replicating piece of
DNA.
Changes in DNA (mutations) occur spontaneously at low rates.
Bacteria have the ability to change and survive in the presence of antibiotics.
Biological Evolution
Species evolve over time.
Bacteria evolved with plasmids to provide new genes and new proteins for survival.
Interdependence of Organisms
Living organisms have the capacity to produce populations of infinite size, but
resources are finite.
Bacterial growth is limited as food depletes and waste increases in the petri dish.
Science and Technology
Understand about science and technology
Recombinant DNA Technology allows us to put genes from one species into
another and have that species produce a new protein.
4
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