Məlumat

2.3: Hüceyrə patogenləri və sahibləri - prokaryotlar və eukaryotlar - Biologiya

2.3: Hüceyrə patogenləri və sahibləri - prokaryotlar və eukaryotlar - Biologiya



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Hüceyrə həyatının birliyi və müxtəlifliyi

Hüceyrə orqanizmləri üçün, Carl Woese taksonomik səviyyəsini işləyib hazırlamışdır.Domen" əsasən ribosomal RNT ardıcıllığı

  • Belk Biologiyasında, baxın “Həyat ağacı” şəkil 2.19, səhifə 47-də necə göstərildiyini göstərir bütün hüceyrə orqanizmləri ümumi əcdad prokaryotik orqanizmlərdən təkamül keçirdi.
  • Bu ortaq əcdad izah edir həyatın birliyi (niyə bütün hüceyrə orqanizmləri bir çox proses və strukturları bölüşürlər).
  • Təkamül böyük izah edir həyatın müxtəlifliyi (genetik müxtəliflik haqqında ətraflı məlumat üçün Oxucunun __ “Mikrob Genetikası” fəslinə baxın)

Hüceyrə orqanizmləri: prokaryotlar və eukariotlar

1. Prokaryot: membrana bağlanmış nüvə və digər membrana bağlı orqanoidləri olmayan birhüceyrəli orqanizmlər (nüvə yoxdur; birhüceyrəli = 1 hüceyrə). Belk's-də şəkil 2.17 səh 41-ə baxın Biologiya

2 Domen prokaryotik orqanizmlərin

-Domen Arxeya : bir neçə patogen (bəlkə?)

-Domen Bakteriyaları: bakterial patogenləri ehtiva edir

məs. Yersinia pestis/Bubon taunu, Staphylococcus aureus/MRSA, Mycobacterium tuberculosis/TB, E. coli O157:H7, Bacillus anthracis/anthrax

- bakterial patogenləri antibiotikx ilə müalicə edə bilər


1,2,3 və 4-cü fəsil Biologiya

Mərkəzi Doqma (DNT)
1. DNT irsiyyətin əsas vahididir. Valideyndən nəslə ötürülən genetik məlumatı saxlayır. DNT orqanizmi meydana gətirən zülalların istehsalı üçün bütün təlimatlara malikdir. mRNA, zülal istehsal etmək üçün Ribosomlara siqnal vermək üçün DNT-dən təlimatlar daşıyır. DNT amin turşularının necə sıralanacağını müəyyən edir və RNT ribosomlara zülalların nə vaxt yaradılacağını bildirir.

Qarşılıqlı əlaqə
Bütün canlı orqanizmlər digər canlı orqanizmlərlə qarşılıqlı əlaqədə olur və əlaqə saxlayır.

Təkamül
Bütün canlı orqanizmlər canlılar arasındakı müxtəlifliyi və oxşarlıqları izah edən ortaq əcdaddan təkamül keçirmişdir.

Fövqəladə xüsusiyyətlər
Fövqəladə xüsusiyyətlər hər bir sistem səviyyəsində mövcuddur. Əsas səviyyələr daha mürəkkəb səviyyələr yaratmaq üçün qarşılıqlı təsir göstərdikcə, əsas xüsusiyyətlər qalır, lakin yeni xüsusiyyətlər ortaya çıxır

Enerji
Bütün canlı orqanizmlər yaşamaq və enerji istehsal etmək üçün enerji tələb edir. Yemək və günəş işığı enerji istehsalına imkan verən mənbələrdir.


Fon

Viruslar hər yerdə yayılmış bioloji varlıqlardır və yer üzündə hər hansı bir zamanda 10 31 viral hissəcik hesab olunur [1]. Heyvanlardan və bitkilərdən tutmuş bakteriyalara və arxeyalara qədər bütün növ orqanizmləri yoluxdururlar. Faqları və arxeal virusları ehtiva edən prokaryotik viruslar suda və torpaqda bakteriya və arxeyaların tərkibini tənzimləməklə qlobal ekosistemin tarazlaşdırılmasında mühüm rol oynayır [2,3,4,5]. İnsanlar üçün faqlar bağırsaq sağlamlığına birbaşa təsir göstərir və diabet [6] və Crohn xəstəliyi [7] kimi bir sıra insan xəstəlikləri ilə əlaqələndirilir. Maraqlıdır ki, faglar bakterial infeksiyaların [8, 9], xüsusən də çoxsaylı antibiotiklərə davamlı bakterial suşların müalicəsi kimi də tətbiq oluna bilər.

Virusların yer üzündə tədqiq edilməmiş genetik müxtəlifliyin ən böyük rezervuarı olduğu təxmin edilir [5]. Metagenomikanın sürətli genişlənməsi ilə yeni viruslar görünməmiş sürətlə kəşf edilmişdir [4, 10,11,12]. Məsələn, son Tara Okeanları Layihəsi 195,728 virus populyasiyasını müəyyən etməklə qlobal okean DNT viromunu xeyli genişləndirdi [4]. Virusların genetik müxtəlifliyi haqqında biliklərimiz xeyli genişləndikcə, yeni kəşf edilmiş virusların funksional xarakteristikası və annotasiyasını asanlaşdırmaq üçün alətlərin işlənib hazırlanması getdikcə vacib olur, məsələn, taksonomik təyinat, hostların çeşidi, bioloji xassələri və s.

Virus sahibinin müəyyən edilməsi virusu xarakterizə etmək üçün vacibdir, çünki virus sağ qalmaq üçün ev sahibinə güvənir. Hal-hazırda, virus sahibinin müəyyən edilməsi üsulu virusun kulturasiyasıdır ki, bu da aşağı ötürmə qabiliyyəti, vaxt aparan və bahalıdır [13]. Daha da pisi odur ki, mikrob sahiblərinin 1%-dən az hissəsi laboratoriyalarda uğurla becərildiyi üçün az sayda virus yetişdirilə bilər [14, 15]. Buna görə də, metagenomik tədqiqatlarda yeni aşkar edilmiş virusların hostlarını proqnozlaşdırmaq üçün daha sürətli üsulların işlənib hazırlanması çox arzuolunandır.

Virusların genomik ardıcıllığına əsaslanan virusların sahiblərini proqnozlaşdırmaq üçün bir neçə hesablama yanaşması tətbiq edilmişdir. Düzəlişdən asılılığına görə onları əsasən iki qrupa bölmək olar: hizalanmaya əsaslanan üsullar və düzülməsiz üsullar. Uyğunlaşmaya əsaslanan üsullar sorğu virusu ilə namizəd host genomları arasında ardıcıl oxşarlıq axtarışlarına əsaslanır, çünki viruslar və onların sahibləri bəzən genləri və/yaxud qısa nukleotid ardıcıllıqlarını paylaşırlar [16, 17]. Bu cür ardıcıllıqlar CRISPR sistemlərində istifadə edilən spacer ardıcıllıqlarından, provirusların istifadə etdiyi inteqrasiya saytlarından və ya üfüqi gen transferindən yarana bilər. BLAST virus və host genomları arasındakı oxşarlığa əsaslanaraq nisbətən yüksək dəqiqliklə [16, 17] viral hostları proqnozlaşdırmaq üçün ən çox istifadə olunur. Bununla belə, məlum olanlardan fərqli olan yeni müəyyən edilmiş viruslar üçün BLAST əsaslı metodun tətbiqi məhdudlaşdırıla bilər. CRISPR-spacer-əsaslı metod fag hostlarının proqnozlaşdırılmasında BLAST əsaslı metodla müqayisədə daha yüksək dəqiqlik göstərmişdir, lakin o, virusların yalnız kiçik bir hissəsi üçün istifadə edilə bilər, çünki yalnız 40%-70% prokaryotlar CRISPR sistemini kodlayır [17] ] və onların heç də hamısında viruslardan ayırıcı ardıcıllıq yoxdur. Bundan əlavə, ayırıcılar yalnız fərdi prokaryotik hüceyrənin infeksiya tarixi olduğundan, dəqiq faq-bakteriya ardıcıllığı uyğunluğu CRISPR ayırıcılarının qeyri-mümkün saxlanmasını tələb edəcəkdir.

Uyğunlaşmadan azad üsullar birlikdə baş verənlərə əsaslanaraq virusların sahibini proqnozlaşdırır k-mers-i məlum hostları olan digər faglara [18] və ya viruslar və onların sahibləri arasında ardıcıllıq tərkibi oxşarlığı. Sonuncu üsullar arasında VirHostMatcher (VHM) [16] və WIsH [19] ən yüksək host proqnozlaşdırma dəqiqliyinə nail olmuşdur. VHM fonu çıxaran tədbirdən istifadə edir d2 * viruslar və hostlar arasında oliqonukleotid tezliyinin oxşarlığını ölçmək üçün və virus sahibi kimi virusa ən az məsafədə olanı proqnozlaşdırır. VHM, cins səviyyəsində 33% ev sahibi proqnozlaşdırma dəqiqliyinə nail oldu. WIsH, hər bir potensial ev sahibi genomu üçün homogen Markov modelini öyrətməklə, sonra təlim keçmiş Markov modellərinin hər biri altında kontig olma ehtimalını hesablamaqla və nəhayət, modeli ən yüksək ehtimalı verən ev sahibini proqnozlaşdırmaqla viral hostları proqnozlaşdırır. WIsH, 3 kbp faq kontigləri olan etalon verilənlər bazasında cins səviyyəsində 63% orta dəqiqliyə nail olub və hazırda qısa faq kontiglərinə əsaslanaraq fag hostlarını proqnozlaşdırmaq üçün ən yaxşı vasitədir.

Bu işdə prokaryotik virusların sahiblərini proqnozlaşdırmaq üçün Qauss modeli (GM) fərqliliklərə əsaslanaraq hazırlanmışdır. k-viral və ev sahibi genomik ardıcıllıqlar arasında mer tezlikləri. GM-i idarə etmək üçün müstəqil bir alət və veb-əsaslı alət tətbiq edilmişdir. GM nəinki əvvəlki hizalanmasız metodları üstələyib, həm də prokaryotik viruslar üçün hostların proqnozlaşdırılmasında hizalanmaya əsaslanan metodları tamamlayır. GM metagenomik tədqiqatlarda virus sahibinin proqnozunu asanlaşdırmalıdır.


Üçlü növ qarşılıqlı əlaqə: eukaryotik sahiblər faja davamlı bakteriyalardan daha çox həssas faqdan əziyyət çəkirlər.

Fon: Bakterial virulentlikdə təkamül dəyişiklikləri tez-tez üçüncü bioloji oyunçu ilə əlaqələndirilir, məsələn, hiperparazitlər kimi çıxış edə bilən mülayim faqlar. Bakteriya genomuna profaqlar kimi inteqrasiya etməklə, onların prokaryotik daşıyıcısının (lizogen çevrilmə) uyğunluğunu artıra bilən köməkçi genlərə töhfə verə bilərlər. Üçtərəfli biotik qarşılıqlı təsirlərdə hiperparazitar təsir, xas mürəkkəbliyinə görə indiyədək empirik host-parazit tədqiqatlarında nəzərə alınmayıb. Burada biz eksperimental olaraq bakteriyanın faqlara qarşı müqavimətinin və eukaryotik sahiblərə bakterial zərərin Vibrio cinsinin bakteriyaları, mülayim vibriofaqlar və boru balığı Syngnathus typhle ilə təbii üç hissəli sistemdən istifadə etməklə bağlı olub-olmadığını araşdırırıq. Biz bütün bakterial təcridlərdən profaqları induksiya etdik və üçqat təkrarlanan, tam qarşılıqlı 75 × 75 faj-bakteriya infeksiyası matrisi qurduq.

Nəticələr: Faglara qarşı müqavimətinə görə bakteriyalar üç fərqli kateqoriyaya qruplaşdırıla bilər: yüksək həssas (HS-bakteriyalar), ara həssas (IS-bakteriyalar) və davamlı (R-bakteriyalar). Biz eksperimental olaraq boru balığını üç kateqoriyanın hər birindən seçilmiş üç bakterial izolatla sınaqdan keçirdik və yoluxmuş boru balıqlarından canlı Vibrio saylarının miqdarını və boru balıqlarının immun genlərinin ifadəsini təyin etdik. Canlı Vibrio saylarının miqdarı bakterial qruplar arasında fərqlənməsə də, biz faja həssas və faja davamlı bakteriyalarla yoluxmuş boru balıqları arasında nisbi gen ifadəsində əhəmiyyətli fərq müşahidə etdik.

Nəticə: Bu tapıntılar göstərir ki, fag-həssas fenotipli bakteriyalar eukaryotik ev sahibinə qarşı daha zərərlidir və hiperparazitizmin əhəmiyyətini və host-parazit təkamülünü öyrənərkən ikidən çox səviyyədə inteqrativ baxış ehtiyacını dəstəkləyir.

Açar sözlər: Bakteriya-faq infeksiya şəbəkəsi Profaqlar Mülayim faqlar Üçtərəfli qarşılıqlı təsir Vibrio.


Prokaryotların Eukariotlardan hansı üstünlükləri var?

Prokariotlar daha sürətli çoxalma, sürətli mutasiya və yeni mühitlərə uyğunlaşma və daha müxtəlif metabolik sistemlər də daxil olmaqla, daha sadəliyi ilə bağlı üstünlüklərə malikdir. Onlar həmçinin adaptiv genləri plazmidlər şəklində digər bakteriyalara ötürmək qabiliyyətinə malikdirlər. Eukaryotik hüceyrələrin orqanoidləri fərqli üstünlüklər təmin etsə də, prokaryotlar ən bol və hər yerdə mövcud olan həyat formaları olaraq qalır.

Prokaryotlar membrana bağlanmış nüvənin olmamasına görə adlandırılır, lakin prokariotlarda da hər hansı digər membrana bağlı orqanoid yoxdur. Onlarda xloroplastlar, mitoxondriyalar və ya vakuollar yoxdur və sitoplazmalarında bu orqanoidlərin hər hansı funksiyasını yerinə yetirirlər. Prokaryotlar iki növ genetik məlumat saxlamağa malikdir. Birincisi, eukaryotik nüvəyə bənzər, nukleoid kimi tanınan xromosomlar toplusudur. İkincisi, yalnız bəzi orqanizmlərin sahib olduğu əlavə genetik məlumatın plazmid, kiçik halqalarıdır.

Bütün çoxhüceyrəli orqanizmlər də daxil olmaqla eukaryotik həyat prokariotlar olmadan mövcud ola bilməzdi. Diqqətəlayiq nümunələrdən biri azot dövranıdır. Yalnız müəyyən bakteriyalar azot qazının üçlü bağını parçalaya bilir ki, bu da xüsusilə istehsalçılar üçün çox vacib olan azot birləşmələri yaradır. Bütün növ heyvanlar həzmə kömək etmək üçün simbiotik bakteriyalara güvənirlər. Prokaryotlar həmçinin heç bir eukaryotik orqanizmin yaşaya bilmədiyi dərin dəniz termal ventilyasiyaları və turşu hovuzları kimi inanılmaz dərəcədə düşmən mühitlərdə yaşayırlar.


2.3: Hüceyrə patogenləri və sahibləri - prokaryotlar və eukaryotlar - Biologiya

Eukaryotik hüceyrə mürəkkəbliyinin təkamülünü başa düşmək müasir biologiyanın böyük problemlərindən biridir. Eukaryotik hüceyrələrin klassik membrana bağlanmış orqanoidləri olan mitoxondriya və plastidlərin endosimbioz yolu ilə bakteriyalardan təkamül yolu ilə meydana gəldiyi indi qəti şəkildə müəyyən edilmişdir. Mitoxondriya vəziyyətində, sübutlar çox aydın şəkildə α-proteobakteriya nəslinin endosimbionuna işarə edir. Bununla belə, bu endosimbiontla əməkdaşlıq edən ana hüceyrənin dəqiq təbiəti çox açıq bir sualdır. Plastidin siyanobakteriyasının əcdadı üçün ev sahibi, şübhəsiz ki, tam hüquqlu eukariot olsa da, yosunların şaxələndirilməsi zamanı plastidlərin bir eukariotdan digərinə necə və nə qədər tez-tez keçdiyi şiddətlə müzakirə olunur. Bu məqalədə mən endosimbiotik nəzəriyyəyə dair müasir fikirləri tarixi kontekstdə tərtib edirəm, DNT ardıcıllığının eukaryotik hüceyrələrin təkamülünün erkən problemlərinin həllində oynadığı transformativ rolu vurğulayır və müqayisəli genomika dövründən ortaya çıxan əsas cavabsız sualları verirəm.


2.3: Hüceyrə patogenləri və sahibləri - prokaryotlar və eukaryotlar - Biologiya

Hüceyrə membranı hüceyrələrin əsas və müəyyənedici xüsusiyyətidir. Həyatın 3 sahəsinin: Bakteriyaların, Arxeyanın və Eukaryanın fərqli membran lipid kompozisiyalarına malik olduğunun dərk edilməsi Yerdəki həyatın təkamül tarixini yenidən qurmaq üçün problemlər yaradır və göstərişlər verir.

Eukaryotik hüceyrələrin mənşəyi dərin çaşqınlıq doğurur, çünki eukaryotik hüceyrələrin prokaryotik hüceyrələrlə səthi müqayisəsi belə, bir anda ortaya çıxan bir çox mürəkkəb yenilikləri ortaya qoyur. Bununla belə, yeni və son kəşflər prokaryotların bəzi qruplarında bu eukaryotik xüsusiyyətlərin bəzilərinin mümkün mənşəyini ortaya qoydu.

Arxeyanın Bakteriya və Eukaryadan ayrı, tamamilə yeni bir həyat sahəsi kimi kəşfindən və səciyyələndirilməsindən qısa müddət sonra, ribosomal RNT-yə əsaslanan molekulyar filogeniya Arxeya və Eukaryanın Arxeya və Bakteriyalardan, yaxud Eukarya və Bakteriyalardan daha yeni ortaq əcdadı olduğunu irəli sürdü. Həqiqətən də, Arxeya və Eukaryanın bir çox genetik oxşarlığı var. RNT polimeraza, histona bənzər zülallar, DNT polimeraza bir neçə əsas nümunədir (bax: Allers və Mevarech, 2005). Bununla belə, eukariotlarda olan bir çox digər genlər, Arxeal versiyalardan daha çox bakterial homoloqlarına bənzəyir. Eukaryotik genomlarda həm Arxeal, həm də Bakterial genlərin olması eukaryotik təkamül üçün əsas başlanğıc hadisə kimi Bakteriyalar və Arxeyalar arasında müxtəlif qarışıqlıqlar irəli sürən bir sıra fərziyyələrə gətirib çıxardı. və metabolik proseslər (Cotton və McInerney, 2010).

Arxeal taksonomiya, Allers və Mevarechdən, Nature Reviews Genetics 6: 58-73

Bəzi son məqalələr diqqəti membran lipidləri və membran proseslərinə yönəldib. Arxeylər tamamilə fərqli membran lipid tərkibinə malikdirlər, yağ turşuları əvəzinə izoprenoid zəncirləri, D-gliserol əvəzinə L-qliserin və efir birləşmələri əvəzinə efir birləşmələri (bax: http://www.ucmp.berkeley.edu/archaea/archaeamm). html və http://en.wikipedia.org/wiki/Archaea). Bakteriyalar və Eukaryanın hər ikisi esterləşmiş yağlı asil zəncirləri olan tanış membran fosfolipidlərinə malikdir.

Arxeydə efirlə əlaqəli fosfolipidlər, efirlə əlaqəli fosfolipidlərlə müqayisədə. http://www.ucmp.berkeley.edu/archaea/archaeamm.html saytından şəkil

Eukaryotik hüceyrələrin mənşəyi haqqında hər hansı bir fərziyyə, eukaryotik membrandan Arxeal xüsusiyyətlərin olmamasına qarşı eukaryotik məlumat emal edən genlərin arxeal xüsusiyyətlərini uzlaşdırmalıdır.

Eukariotlarda həm də nə Arxeyada, nə də Bakteriyada rast gəlinməyən membran yenilikləri var: sterollar və sfinqolipidlər. Sterollər (xolesterol kimi) və sfinqolipidlər eukaryotik plazma membranlarının mühüm komponentləridir və birlikdə xarici vərəqin lipidlərinin 50%-ni təşkil edə bilər (Desmond və Gribaldo, 2009 sfinqolipidlər plazma membranının lipid bilayerinin sitoplazmik tərəfində tapılmır). Sterollar bütün eukaryotik hüceyrə membranlarının vacib komponentləridir. Onlar membranın axıcılığını və keçiriciliyini modullaşdırırlar. Onlar sfinqolipidlərlə birlikdə membran bölgələrini lipid sallara, plazma membranındakı mikrodomenlərə, hüceyrə siqnal zülallarını funksional komplekslərə təşkil etməyə kömək edir (bax: Lingwood və Simons, 2010).

Sterol biosintezi molekulyar oksigen tələb edən mürəkkəb bir yoldur (yalnız bir xolesterol molekulunu sintez etmək üçün 11 molekul oksigen tələb olunur) (Desmond və Gribaldo, 2009). Buna görə də, steroid biosintezi, təqribən 2,4-2,5 milyard il əvvəl Böyük Oksigenləşmə hadisəsindən əvvəl təkamül edə bilməzdi. Əhəmiyyətli odur ki, bu zaman eukariotların mənşəyi ilə üst-üstə düşür. Steroid biosintez yollarının təkamülü eukaryotların təkamülünün açarlarından biri kimi görünür.

Son bir filogenomik analiz (Desmond və Gribaldo 2009) son eukaryotik ortaq əcdadın müxtəlif sterolların sintezi üçün bir sıra fermentlərə malik olduğu qənaətinə gəldi. Maraqlıdır ki, bir neçə bakteriya nəsli də sterolları sintez edir və onların genomlarında əsas sterol biosintezi fermentləri üçün genlərin homoloqları var. Sual budur ki:

1) bu bakteriyalar yan gen transferi (həmçinin üfüqi gen transferi adlanır) vasitəsilə eukariotlardan bu genləri əldə etmişdir və ya

2) bu genlər eukaryotik sterol sintezi genlərinin qohumlarıdır, bu bakteriyaların və eukariotların ortaq əcdadında mövcud olan genlərin nəsilləridir və ya

3) bu genlər bu bakteriyalarda müstəqil olaraq təkamül keçirmiş və eukaryotik genlərlə oxşarlıqlar konvergent təkamüllə yaranmışdır.

Çoxlu genlərin olduğunu nəzərə alsaq, sonuncu ehtimal olduqca qeyri-mümkün görünür. Həqiqətən də filogenetik ağaclar fərqli bakterial və eukaryotik nəsillərə bölünən sterol biosintezinin ilk addımları üçün genlərdən ikisi ilə uyğun gəlir (bax. Desmond və Qribaldo, Şəkil 6, aşağıda göstərilmişdir).

Desmond və Gribaldo 2009 Şək. 6. Bakteriyalardan olan Erg1 genləri eukaryotik Erg1 genlərindən uzaq bir qrup təşkil edir.

Bu nəticələr ya yuxarıdakı 2-ci fərziyyəyə, ya da eukaryotik təkamülün çox erkən mərhələlərində yanal gen transferinə uyğundur. Erg7 kimi digər bakterial sterol sintezi genlərinin yan gen transferi yolu ilə eukariotlardan bir dəfədən çox əldə edildiyi aydın görünür, çünki bu gen ardıcıllığı eukaryotik Erg7 gen ardıcıllığı olan qruplarda görünür (Desmond və Gribaldo 2009 Şəkil 8).

Desmond və Gribaldo 2009 Şək. 8. Bakteriyalarda Erg7, eukaryotik Erg7 genləri olan bir çoxluqda görünür.

Bu tapıntılar eukaryotik hüceyrə membranının Bakteriyalardan törədiyini və ya borc götürdüyünü göstərirmi? Eukaryotik əcdad arxeonu tutan, sonradan arxeon nüvəyə çevrilən bir bakteriya idimi? Əgər bunun əvəzinə bir Arxeon mitoxondriyaya çevrilən bakteriyalara ev sahibliyi edirdisə, niyə hüceyrə membranı Arxeal lipidləri saxlamaq əvəzinə bakteriyaya çevrilir? Zaman və genomların daha çox müxtəlifliyinin təhlili bunu göstərə bilər.

Allers, T, M Mevarech 2005. Arxeal genetika – üçüncü yol, Təbiət Baxışları Genetika 6: 58-73 doi :10.1038/nrg1504

Cotton, JA, JO McInerney 2010. Arxebakteriya mənşəli eukaryotik genlər, funksiyasından asılı olmayaraq, çoxsaylı eubakterial genlərdən daha vacibdir. Proc. Natl. Acad Sci. ABŞ çapdan əvvəl onlayn nəşr etdi doi: 10.1073/pnas.1000265107

Desmond, E, S Gribaldo 2009. Sterol sintezinin filogenomikası: əsas eukaryotik xüsusiyyətin mənşəyi, təkamülü və müxtəlifliyinə dair fikirlər, Genom Biol Evol 1: 364-381 doi: 10.1093/gbe/evp036

Lingwood, D, K Simons 2010. Lipid salları membranı təşkil edən prinsip kimi, Elm 327: 46-50

Lonhienne, TGA, E Sagulenko, RI Webb, K-C Lee, J Franke, DP Devos, A Nouwens, BJ Carroll, JA Fuerst 2010. Bakteriyada endositoza bənzər zülal qəbulu Gemmata obscuriglobus, Proc. Natl. Acad Sci. ABŞ çapdan əvvəl onlayn nəşr etdi doi: 10.1073/pnas.1001085107


Ekstraxromosomal DNT

Əksər DNT hüceyrənin xromosomlarında olsa da, bir çox hüceyrədə xromosomların xaricində əlavə DNT molekulları var. ekstraxromosomal DNT, bu da onun genomunun bir hissəsidir. Eukaryotik hüceyrələrin genomlarına, həmçinin bu hüceyrələrin saxladığı mitoxondriya və/yaxud xloroplastlar kimi hər hansı orqaneldən xromosomlar da daxildir (Şəkil 3). Bu orqanoidlərdə dairəvi xromosomların saxlanması onların prokaryotik mənşəyinin izidir və endosimbiotik nəzəriyyə (bax: Müasir Hüceyrə Nəzəriyyəsinin Əsasları). Bəzi hallarda, gizli virus infeksiyası zamanı müəyyən DNT viruslarının genomları da host hüceyrələrində müstəqil olaraq saxlanıla bilər. Bu hallarda, bu viruslar ekstraxromosomal DNT-nin başqa bir formasıdır. Məsələn, insan papillomavirusu (HPV) yoluxmuş hüceyrələrdə bu şəkildə saxlanıla bilər.

Şəkil 3. Eukaryotik hüceyrənin genomu nüvədə yerləşən xromosomdan və mitoxondrilərdə (bütün hüceyrələr) və xloroplastlarda (bitkilər və yosunlar) aşkar edilmiş ekstraxromosom DNT-dən ibarətdir.

Xromosomlarla yanaşı, bəzi prokaryotlarda da adlanan daha kiçik DNT ilmələri var plazmidlər normal böyümə üçün vacib olmayan bir və ya bir neçə geni ehtiva edə bilər (Prokaryotik Hüceyrələrin Unikal Xarakteristikasında Şəkil 1-ə baxın). Bakteriyalar bu plazmidləri digər bakteriyalarla mübadilə edə bilirlər üfüqi gen transferi (HGT). Plazmidlər üzərində genetik materialın mübadiləsi bəzən mikrobları xüsusi şəraitdə böyümə və yaşamaq üçün faydalı olan yeni genlərlə təmin edir. Bəzi hallarda plazmidlərdən əldə edilən genlər mikroba xəstəliyə səbəb olmaq və ya mikrobları müəyyən antibiotiklərə davamlı etmək qabiliyyətini verən virulentlik faktorlarını kodlayan klinik təsir göstərə bilər. Plazmidlər gen mühəndisliyi və biotexnologiyada genləri bir hüceyrədən digərinə köçürmək üçün geniş şəkildə istifadə olunur. Horizontal gen transferində və biotexnologiyada plazmidlərin rolu daha sonra Mikrob Genetikasının Mexanizmləri və Mikrob Genetikasının Müasir Tətbiqlərində müzakirə olunacaq.

Bu barədə düşünün

Ölümcül plazmidlər

Texasdan olan 20 yaşlı antropologiya tələbəsi Maria bu yaxınlarda xaricdə təhsil proqramı çərçivəsində araşdırma apardığı Afrika ölkəsi Botsvanada xəstələnib. Marianın tədqiqatı dəri istehsalı üçün dəri aşılamanın ənənəvi Afrika üsullarına yönəldilmişdir. Üç həftə ərzində o, aşılanma prosesini müşahidə etmək və iştirak etmək üçün bir neçə saat ərzində hər gün dabbaq zavoduna baş çəkdi. Bir gün dabbaqdan qayıtdıqdan sonra Mariyada qızdırma, titrəmə və baş ağrısı, sinə ağrısı, əzələ ağrıları, ürəkbulanma və digər qripə bənzər simptomlar yarandı. Əvvəlcə o, narahat olmadı, lakin qızdırması yüksəldikdə və qan öskürməyə başlayanda, Afrikalı ev sahibi ailəsi narahat oldu və vəziyyəti pisləşməyə davam etdiyi xəstəxanaya çatdırdı.

Onun dəri zavodunda son işi haqqında öyrənəndən sonra həkim Mariyanın təsirindən şübhələndi. qarayara. O, döş qəfəsinin rentgenoqrafiyası, qan nümunəsi və onurğa kranı sifariş etdi və dərhal venadaxili penisilin kursuna başladı. Təəssüf ki, laboratoriya testləri həkimin ehtimal olunan diaqnozunu təsdiqlədi. Mariyanın döş qəfəsinin rentgenoqrafiyasında plevral efüzyon, plevra membranları arasındakı boşluqda mayenin yığılması və qanının Qram ləkəsi qısa zəncirlərdə qram-müsbət, çubuqşəkilli bakteriyaların olduğunu aşkar etdi. Bacillus anthracis. Onun serebrospinal mayesində də qan və bakteriyaların olduğu göstərilib ki, bu da infeksiyanın meningitə çevrildiyini göstərir. Dəstəkləyici müalicəyə və aqressiv antibiotik terapiyasına baxmayaraq, Maria reaksiya verməyən bir vəziyyətə düşdü və üç gün sonra öldü.

Sibir yarası qram-müsbət bakteriyadan endosporların daxil olması nəticəsində yaranan xəstəlikdir. B. anthracis bədənə. Bir dəfə yoluxmuş xəstələr, adətən, ölümcül nəticələrlə nəticələnən meningit inkişaf etdirirlər. Marianın vəziyyətində, yoluxmuş heyvanların dəriləri ilə işləyərkən endosporları nəfəs aldı.

genomu B. anthracis kiçik struktur fərqlərinin virulentlikdə necə böyük fərqlərə səbəb ola biləcəyini göstərir. 2003-cü ildə genomları B. anthracisBacillus cereus, eyni cinsdən olan oxşar, lakin daha az patogen bakteriya, sıralanmış və müqayisə edilmişdir. [4] Tədqiqatçılar aşkar etdilər ki, bu bakteriyaların 16S rRNA gen ardıcıllığı 99%-dən çox eynidir, yəni ayrı növlər kimi ənənəvi təsnifatına baxmayaraq, əslində eyni növün üzvləridir. Baxmayaraq ki, onların xromosom ardıcıllığı da çoxlu oxşarlıqlar aşkar etsə də, onların bir sıra virulentlik faktorları var B. anthracis tapılmayan iki böyük plazmiddə kodlandığı aşkar edilmişdir B. cereus. pX01 plazmidi ev sahibinin immun sistemini sıxışdıran üç hissəli toksini, pX02 plazmidi isə bakteriyanı ev sahibinin immun sistemindən daha da qoruyan kapsul polisaxaridi kodlaşdırır (Şəkil 4). ildən B. cereus bu plazmidlər yoxdur, o, bu virulentlik faktorlarını yaratmır və hələ də patogen olsa da, bir qayda olaraq, bədənin tez sağalda biləcəyi yüngül ishal halları ilə əlaqələndirilir. Təəssüf ki, Maria üçün bu toksin kodlayan plazmidlərin olması B. anthracis ona ölümcül virulentliyini verir.

Şəkil 4. Genom ardıcıllığı Bacillus anthracis və onun yaxın qohumu B. cereus patogenliyini ortaya qoyur B. anthracis virulentlik faktorlarını kodlayan pX01 və pX02 adlı iki plazmidin saxlanması ilə bağlıdır.

  • Sizcə patogenliyi nə olacaq B. anthracis plazmidlərindən birini və ya hər ikisini itirərsə?

Klinik Fokus: Aamir, Qətnamə

24 saat ərzində Aamirin nəcis nümunəsinin diaqnostik test analizinin nəticələri onun müsbət olduğunu müəyyən etdi. istiliyə davamlı enterotoksin (LT), istiliyə davamlı enterotoksin (ST), və kolonizasiya faktoru (CF), xəstəxana həkiminin şübhəsini təsdiqləyir ETEC. Aamirin ailə həkimi ilə müşahidə zamanı bu həkim qeyd etdi ki, Aamirin simptomları tez aradan qalxmır və onun dərslərə qayıtmasına mane olan narahatlıq yaşayır. Ailə həkimi Aamirə bir kurs təyin etdi siprofloksasin onun simptomlarını aradan qaldırmaq üçün. Xoşbəxtlikdən, siprofloksasin bir neçə gün ərzində Aamirin simptomlarını aradan qaldırdı.

Aamir, çox güman ki, yoluxmuş qida və ya su qəbul etməkdən yoluxmuşdur. Meksika kimi inkişaf etməkdə olan sənaye ölkələri hələ də suyun nəcis materialı ilə çirklənməsinin qarşısını alan sanitariya təcrübələrini inkişaf etdirirlər. Belə ölkələrdə səyahət edənlər az bişmiş qidaların, xüsusən də ət, dəniz məhsulları, tərəvəz və pasterizə olunmamış süd məhsullarının qəbulundan çəkinməlidirlər. Onlar həmçinin təmizlənməmiş sudan, o cümlədən içməli sudan, buz kublarından və hətta dişləri fırçalamaq üçün istifadə olunan sudan da çəkinməlidirlər. Bu məqsədlər üçün şüşə suyu istifadə etmək yaxşı bir alternativdir. Yaxşı gigiyena (əllərin yuyulması) ETEC infeksiyasının qarşısının alınmasına da kömək edə bilər. Aamir onun xəstəliyinə səbəb olan yemək və su istehlakına diqqət yetirməmişdi.

Aamirin simptomları ilə çox oxşar idi vəbaqram-mənfi bakteriya səbəb olur Vibrio vəba, bu da ST və LT-yə bənzər bir toksin istehsal edir. Təkamül tarixinin bir nöqtəsində ETEC, patogen olmayan bir ştam E. coli Tipik olaraq bağırsaqda tapılanlara bənzər, ST və LT toksinlərini kodlayan genləri əldə etmiş ola bilər. V. xolerae. Həmin toksinləri kodlayan genlərin ETEC-də ekstraxromosomal plazmidlər üzərində kodlanması bu genlərin əldə edildiyi fikrini dəstəkləyir. E. coli və çox güman ki, üfüqi gen transferi yolu ilə bakteriya populyasiyalarında saxlanılır.


Karyera Əlaqəsi

Mikrobioloq Yoluxucu xəstəliklərin yayılmasının qarşısını almaq üçün hər kəsin edə biləcəyi ən təsirli tədbir əllərini yumaqdır. Niyə? Çünki mikroblar (yalnız mikroskoplarla görülə biləcək qədər kiçik orqanizmlər) hər yerdə mövcuddur. Onlar qapı tutacaqları, pullar, əllər və bir çox başqa səthlərdə yaşayırlar. Kimsə onun əlinə asqırıb qapının dəstəyinə toxunarsa və sonra siz həmin qapının dəstəyinə toxunsanız, asqıranın selikli qişasından olan mikroblar indi əlinizdədir. Əllərinizi ağzınıza, burnunuza və ya gözlərinizə toxundursanız, bu mikroblar bədəninizə daxil ola bilər və sizi xəstələdə bilər.

Bununla belə, bütün mikroblar (həmçinin mikroorqanizmlər adlanır) xəstəliyə səbəb olmur, əksəriyyəti əslində faydalıdır. Bağırsağınızda K vitamini istehsal edən mikroblar var. Digər mikroorqanizmlər pivə və şərabı fermentləşdirmək üçün istifadə olunur.

Mikrobioloqlar mikrobları öyrənən alimlərdir. Mikrobioloqlar bir sıra karyera qura bilərlər. Onlar təkcə qida sənayesində deyil, baytarlıq və tibb sahələrində də işləyirlər. Onlar bakterial infeksiyaları müalicə edə biləcək yeni antibiotik mənbələrini müəyyən etməklə tədqiqat və inkişafda əsas rol oynayaraq əczaçılıq sektorunda işləyə bilərlər.

Ətraf mühit mikrobioloqları torpaqdan və ya qrunt sularından çirkləndiriciləri, eləcə də çirklənmiş ərazilərdən təhlükəli elementləri çıxarmaq üçün xüsusi seçilmiş və ya genetik olaraq hazırlanmış mikroblardan istifadə etmək üçün yeni yollar axtara bilərlər. Biz bu mikrobların bioremediasiya texnologiyalarından istifadə edirik. Mikrobioloqlar, məsələn, bakterial epidemiyaların kompüter modellərinin layihələndirilməsi, inkişafı və spesifikliyi üçün xüsusi bilik və fikir təmin edərək bioinformatika sahəsində də işləyə bilərlər.

Hüceyrə Ölçüsü

Diametri 0,1-dən 5,0 mkm-ə qədər olan prokaryotik hüceyrələr diametri 10-100 mkm arasında dəyişən eukaryotik hüceyrələrdən əhəmiyyətli dərəcədə kiçikdir ((Şəkil)). Prokaryotların kiçik ölçüsü onlara daxil olan ionların və üzvi molekulların hüceyrənin digər hissələrinə sürətlə yayılmasına imkan verir. Eynilə, prokaryotik hüceyrədə yaranan hər hansı tullantılar sürətlə yayıla bilər. Hüceyrədaxili nəqli gücləndirmək üçün müxtəlif struktur uyğunlaşmaları inkişaf etdirmiş eukaryotik hüceyrələrdə bu belə deyil.


Kiçik ölçü, ümumiyyətlə, prokaryotik və ya eukaryotik olsun, bütün hüceyrələr üçün lazımdır. Bunun niyə belə olduğunu araşdıraq. Əvvəlcə tipik bir hüceyrənin sahəsini və həcmini nəzərdən keçirəcəyik. Bütün hüceyrələr sferik formada deyil, lakin əksəriyyəti kürəyə yaxınlaşmağa meyllidir. Orta məktəb həndəsə kursunuzdan xatırlaya bilərsiniz ki, sferanın səthinin düsturunun 4πr 2, həcminin düsturunun isə 4πr 3/3 olduğunu. Beləliklə, hüceyrənin radiusu artdıqca onun səth sahəsi radiusunun kvadratı qədər artır, lakin həcmi radiusunun kubu kimi artır (daha sürətlə). Buna görə də hüceyrə ölçüsü artdıqca onun səth sahəsinin həcminə nisbəti azalır. Hüceyrə kub şəklində olsaydı, bu eyni prinsip tətbiq olunacaq ((Şəkil)). Hüceyrə çox böyüyərsə, plazma membranının artan həcm üçün tələb olunan diffuziya sürətini dəstəkləmək üçün kifayət qədər səth sahəsi olmayacaqdır. Başqa sözlə, hüceyrə böyüdükcə onun effektivliyi azalır. Daha səmərəli olmağın bir yolu bölməkdir. Başqa bir yol, xüsusi vəzifələri yerinə yetirən orqanoidləri inkişaf etdirməkdir. Bu uyğunlaşmalar eukaryotik hüceyrələr adlandırdığımız daha mürəkkəb hüceyrələrin inkişafına səbəb olur.


Aderem, A. & amp Underhill, D. M. Annu. Rev. İmmunol. 17, 593–623 (1999).

Zerial, M. və McBride, H. Təbiət keşişi Mol. Hüceyrə Biol. 2, 107–117 (2001).

Gruenberg, J. Təbiət keşişi Mol. Hüceyrə Biol. 2, 721–730 (2001).

Stenmark, H. & Aasland, R. J. Cell Sci. 112, 4175–4183 (1999).

Stebbins, C. E. & Galan, J. E. Təbiət 412, 701–705 (2001).

Roy, C. R. Trendlər Microbiol. 10, 418–424 (2002).

Simons, K. və Toomre, D. Təbiət keşişi Mol. Hüceyrə Biol. 1, 31–39 (2000).


Videoya baxın: Mitoz (Avqust 2022).