معلومة

7.6: تاريخ طويل من الأمراض البكتيرية - علم الأحياء

7.6: تاريخ طويل من الأمراض البكتيرية - علم الأحياء


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.

هناك سجلات حول الأمراض المعدية تعود إلى 3000 قبل الميلاد. أدت بعض الأوبئة التي لا تُنسى إلى تدهور المدن والأمم.

في القرن الحادي والعشرين ، ظلت الأمراض المعدية من بين الأسباب الرئيسية للوفاة في جميع أنحاء العالم ، على الرغم من التقدم المحرز في البحوث الطبية والعلاجات في العقود الأخيرة. ينتشر المرض عندما ينتقل العامل الممرض الذي يسببه من شخص إلى آخر. لكي يتسبب العامل الممرض في المرض ، يجب أن يكون قادرًا على التكاثر في جسم المضيف وإلحاق الضرر بالعائل بطريقة ما.

طاعون أثينا

في عام 430 قبل الميلاد ، قتل طاعون أثينا ربع القوات الأثينية التي كانت تقاتل في الحرب البيلوبونيسية الكبرى وأضعفت هيمنة أثينا وقوتها. أثر الطاعون على الأشخاص الذين يعيشون في أثينا المكتظة وكذلك القوات على متن السفن التي اضطرت إلى العودة إلى أثينا. ربما تم تحديد مصدر الطاعون مؤخرًا عندما تمكن باحثون من جامعة أثينا من استخدام الحمض النووي من الأسنان المستردة من مقبرة جماعية. حدد العلماء تسلسل النوكليوتيدات من بكتيريا ممرضة ، السالمونيلا المعوية التيفوئيد المصلي (الشكل 1) ، والذي يسبب حمى التيفود.[1] ينتشر هذا المرض بشكل شائع في المناطق المزدحمة وقد تسبب في انتشار الأوبئة عبر التاريخ المسجل.

السالمونيلا المعوية التيفي المصلي ، العامل المسبب لحمى التيفوئيد ، هو بكتيريا غاما سالبة الجرام ، على شكل قضيب. تسبب حمى التيفود ، التي تنتقل عن طريق البراز ، نزيفًا معويًا ، وارتفاعًا في درجة الحرارة ، وهذيانًا ، وجفافًا. اليوم ، تحدث ما بين 16 و 33 مليون حالة من هذا المرض الذي عاود الظهور سنويًا ، مما أدى إلى وفاة أكثر من 200000. يمكن أن يكون حاملو المرض بدون أعراض. في حالة شهيرة في أوائل القرن العشرين ، قامت طاهية تدعى ماري مالون بنشر المرض دون علمها لأكثر من خمسين شخصًا ، توفي ثلاثة منهم. آخر السالمونيلا الأنماط المصلية تسبب التسمم الغذائي.

الطاعون الدبلي

من 541 إلى 750 ، أدى اندلاع ما كان على الأرجح إلى طاعون دبلي (طاعون جستنيان) ، إلى القضاء على ربع إلى نصف السكان في منطقة شرق البحر الأبيض المتوسط. انخفض عدد السكان في أوروبا بنسبة 50 في المائة خلال هذا الفاشية. سيضرب الطاعون الدبلي أوروبا أكثر من مرة.

كان أحد أكثر الأوبئة تدميراً هو الموت الاسود (1346 إلى 1361) الذي يُعتقد أنه كان اندلاعًا آخر للطاعون الدبلي الناجم عن البكتيريا يرسينيا بيستيس. يُعتقد أنه نشأ في البداية في الصين وانتشر على طول طريق الحرير ، وهو شبكة من طرق التجارة البرية والبحرية ، إلى منطقة البحر الأبيض المتوسط ​​وأوروبا ، تحمله براغيث الفئران التي تعيش على الفئران السوداء التي كانت موجودة دائمًا على متن السفن. أدى الموت الأسود إلى خفض عدد سكان العالم من حوالي 450 مليونًا إلى حوالي 350 إلى 375 مليونًا. ضرب الطاعون الدبلي لندن بقوة مرة أخرى في منتصف القرن السابع عشر (الشكل 2). في العصر الحديث ، ما يقرب من 1000 إلى 3000 حالة طاعون تظهر على مستوى العالم كل عام. على الرغم من أن الإصابة بالطاعون الدبلي قبل المضادات الحيوية كانت تعني موتًا شبه مؤكد ، إلا أن البكتيريا تستجيب لعدة أنواع من المضادات الحيوية الحديثة ، كما أن معدلات الوفيات الناجمة عن الطاعون منخفضة للغاية الآن.

شاهد فيديو عن الفهم الحديث للموت الأسود - الطاعون الدبلي في أوروبا خلال القرن الرابع عشر.

هجرة الأمراض إلى السكان الجدد

على مر القرون ، كان الأوروبيون يميلون إلى تطوير مناعة وراثية للأمراض المعدية المتوطنة ، ولكن عندما وصل الغزاة الأوروبيون إلى نصف الكرة الغربي ، جلبوا معهم البكتيريا والفيروسات المسببة للأمراض ، والتي تسببت في انتشار الأوبئة التي دمرت تمامًا سكان الأمريكيين الأصليين ، الذين لم يكن لديهم طبيعيون. مقاومة العديد من الأمراض الأوروبية. تشير التقديرات إلى أن ما يصل إلى 90 في المائة من الأمريكيين الأصليين ماتوا بسبب الأمراض المعدية بعد وصول الأوروبيين ، مما يجعل غزو العالم الجديد أمرًا مفروغًا منه.

الأمراض الناشئة والمتكررة

توزيع مرض معين ديناميكي. لذلك ، يمكن أن تؤثر التغييرات في البيئة أو العامل الممرض أو السكان المضيفين بشكل كبير على انتشار المرض. وفقا لمنظمة الصحة العالمية (WHO) أ مرض ناشئ (الشكل 3) هو النوع الذي ظهر في مجموعة سكانية لأول مرة ، أو ربما كان موجودًا من قبل ولكنه يتزايد بسرعة في الحدوث أو النطاق الجغرافي. يشمل هذا التعريف أيضًا عودة ظهور الأمراض التي كانت تحت السيطرة في السابق. ما يقرب من 75 في المائة من الأمراض المعدية الناشئة حديثًا والتي تصيب البشر هي أمراض حيوانية المصدر ، الأمراض الحيوانية المنشأوالأمراض التي تصيب الحيوانات في المقام الأول وتنتقل إلى الإنسان ؛ بعضها من أصل فيروسي وبعضها من أصل بكتيري. يعد داء البروسيلات مثالاً على مرض حيواني المنشأ بدائية النواة والذي ظهر من جديد في بعض المناطق ، كما أن التهاب اللفافة الناخر (المعروف باسم بكتيريا أكل اللحم) قد تزايد في ضراوته على مدار الثمانين عامًا الماضية لأسباب غير معروفة.

بعض الأمراض الناشئة الحالية ليست جديدة في الواقع ، ولكنها أمراض كانت كارثية في الماضي (الشكل 4). لقد دمروا السكان وأصبحوا نائمين لفترة ، فقط للعودة ، وأحيانًا أكثر ضراوة من ذي قبل ، كما كان الحال مع الطاعون الدبلي. أمراض أخرى ، مثل السل ، لم يتم استئصالها أبدًا ولكنها كانت تحت السيطرة في بعض مناطق العالم حتى عادت ، معظمها في المراكز الحضرية ذات التركيزات العالية من الأشخاص الذين يعانون من نقص المناعة. حددت منظمة الصحة العالمية بعض الأمراض التي يجب مراقبة ظهورها في جميع أنحاء العالم. ومن بين هذه الأمراض نوعان من الأمراض الفيروسية (حمى الضنك والحمى الصفراء) وثلاثة أمراض بكتيرية (الدفتيريا والكوليرا والطاعون الدبلي). الحرب ضد الأمراض المعدية ليس لها نهاية منظورة.



مرض الأوساخ: بيولوجيا الأميلويد الميكروبية

حقوق النشر: © 2013 Hufnagel et al. هذا مقال مفتوح الوصول يتم توزيعه بموجب شروط ترخيص Creative Commons Attribution License ، والذي يسمح بالاستخدام غير المقيد والتوزيع والاستنساخ بأي وسيلة ، بشرط ذكر المؤلف الأصلي والمصدر.

التمويل: تم دعم هذا العمل من قبل المنح الوطنية للمعاهد الصحية R01 A1073847-01 (إلى MRC). لم يكن للممولين أي دور في تصميم الدراسة أو جمع البيانات وتحليلها أو اتخاذ قرار النشر أو إعداد المخطوطة.

تضارب المصالح: وقد أعلن الباحثون إلى أن لا المصالح المتنافسة موجودة.

ألياف الأميلويد عبارة عن بوليمرات بروتينية غنية بالصفائح عالية المقاومة للتمسخ. يمكن اعتماد طية الأميلويد المميزة بواسطة مجموعة متنوعة من البروتينات ، بدون بنية أساسية مشتركة ، وهي موجودة في جميع أنواع الخلايا تقريبًا. على الرغم من حقيقة أن الأميلويد لها تاريخ علمي غني بالمعلومات ، فإن البيولوجيا المتنوعة التي ساهمت بها الأميلويد بدأت للتو في التقدير. ركزت دراسات الأميلويد الأولية على الارتباط الحميم لتكوين الأميلويد بالسمية الخلوية وأمراض التنكس العصبي مثل مرض الزهايمر وهنتنغتون واعتلال الدماغ البريون. على الرغم من ماضي الأميلويد المشؤوم إلى حد ما ، فقد كشف العمل الأخير على الأميلويد "الوظيفية" عن طرق عديدة تساهم بها الأميلويد في البيولوجيا الخلوية الطبيعية [1]. من بين الأنشطة التي تشارك فيها الأميلويد إنتاج الميلانين ، والقدرة على العمل كعناصر وراثية غير مندلية ، وكسقالات جزيئية خارج الخلية تربط المجتمعات البكتيرية معًا. صُممت طية الأميلويد خصيصًا للفضاء خارج الخلية ، حيث يمكن أن تتجمع بوليمرات الأميلويد ذاتيًا دون الحاجة إلى طاقة خارجية ، كما أن البوليمرات مقاومة لعدد كبير من المُمْكِنات القاسية التي من شأنها تدمير معظم طيات البروتين. ستتناول هذه المقالة الأسئلة التي تنطوي على الأدوار المختلفة للأميلويد البكتيرية في التفاعلات المضيفة ، والميكروبات ، والبيئية.


محتويات

على الرغم من نجاحاته الأخرى ، لم يتمكن لويس باستور (1822-1895) من العثور على العامل المسبب لداء الكلب وتكهن بأن العامل الممرض صغير جدًا بحيث لا يمكن اكتشافه باستخدام المجهر. [1] في عام 1884 ، اخترع عالم الأحياء الدقيقة الفرنسي تشارلز شامبرلاند (1851-1931) مرشحًا - يُعرف اليوم باسم مرشح تشامبرلاند - يحتوي على مسام أصغر من البكتيريا. وبالتالي ، يمكنه تمرير محلول يحتوي على بكتيريا عبر الفلتر وإزالتها تمامًا من المحلول. [2]

في عام 1876 ، كان أدولف ماير ، الذي أدار المحطة التجريبية الزراعية في فاغينينغن ، أول من أظهر أن ما أسماه "مرض موزاييك التبغ" معدي. كان يعتقد أنه ناتج عن مادة سامة أو عن بكتيريا صغيرة جدًا. في وقت لاحق ، في عام 1892 ، استخدم عالم الأحياء الروسي ديمتري إيفانوفسكي (1864-1920) مرشح شامبرلاند لدراسة ما يعرف الآن باسم فيروس فسيفساء التبغ. أظهرت تجاربه أن مستخلصات الأوراق المطحونة من نباتات التبغ المصابة تظل معدية بعد الترشيح. اقترح إيفانوفسكي أن العدوى قد تكون ناجمة عن مادة سامة تنتجها البكتيريا ، لكنه لم يتابع هذه الفكرة. [3]

في عام 1898 ، كرر عالم الأحياء الدقيقة الهولندي مارتينوس بيجيرينك (1851-1931) ، مدرس الأحياء الدقيقة في المدرسة الزراعية في فاغينينغن ، التجارب التي قام بها أدولف ماير وأصبح مقتنعًا بأن المرشح يحتوي على شكل جديد من العوامل المعدية. [4] لاحظ أن العامل يتكاثر فقط في الخلايا التي كانت تنقسم وأطلق عليها اسم أ العدوى الحية السائلة (جرثومة حية قابلة للذوبان) وأعاد تقديم الكلمة فايروس. [3] أكد بيجيرينك أن الفيروسات كانت سائلة بطبيعتها ، وهي نظرية فقدت مصداقيتها لاحقًا من قبل عالم الكيمياء الحيوية وعالم الفيروسات الأمريكي ويندل ميريديث ستانلي (1904-1971) ، الذي أثبت أنها في الحقيقة جسيمات. [3] في نفس العام ، 1898 ، مرر فريدريك لوفلر (1852-1915) وبول فروش (1860-1928) أول فيروس حيواني من خلال مرشح مماثل واكتشفا سبب مرض الحمى القلاعية. [5]

كان أول فيروس بشري تم التعرف عليه هو فيروس الحمى الصفراء. [6] في عام 1881 ، أجرى الطبيب الكوبي كارلوس فينلاي (1833-1915) ونشر بحثًا أشار إلى أن البعوض كان يحمل سبب الحمى الصفراء ، [7] وقد ثبتت النظرية في عام 1900 من خلال لجنة برئاسة والتر ريد ( 1851–1902). خلال عامي 1901 و 1902 ، نظم ويليام كروفورد جورجاس (1854-1920) تدمير موائل تكاثر البعوض في كوبا ، مما قلل بشكل كبير من انتشار المرض. [8] في وقت لاحق نظم جورجاس القضاء على البعوض من بنما ، مما سمح بفتح قناة بنما في عام 1914. [9] تم عزل الفيروس أخيرًا بواسطة ماكس ثيلر (1899-1972) في عام 1932 الذي استمر في تطوير مصل. [10]

بحلول عام 1928 ، كان معروفًا ما يكفي عن الفيروسات لتمكين نشر الفيروسات التي يمكن تصفيتها، مجموعة من المقالات التي تغطي جميع الفيروسات المعروفة تم تحريرها بواسطة Thomas Milton Rivers (1888–1962). واصلت ريفرز ، التي نجت من حمى التيفود في سن الثانية عشرة ، مهنة متميزة في علم الفيروسات. في عام 1926 ، تمت دعوته للتحدث في اجتماع نظمته جمعية علم الجراثيم الأمريكية حيث قال لأول مرة ، "يبدو أن الفيروسات تلزم الطفيليات بمعنى أن تكاثرها يعتمد على الخلايا الحية". [11]

لم تكن الفكرة القائلة بأن الفيروسات عبارة عن جزيئات غير طبيعية ومتناسقة بشكل جيد مع نظرية الجراثيم. من المفترض أن الدكتور ج. بويست من إدنبرة كان أول شخص يرى جزيئات الفيروس في عام 1886 ، عندما أبلغ عن رؤية "المكورات الدقيقة" في اللقاح الليمفاوي ، على الرغم من أنه ربما لاحظ وجود كتل من اللقاح. [12] في السنوات التي تلت ذلك ، عندما تم تحسين المجاهر الضوئية ، شوهدت "أجسام متضمنة" في العديد من الخلايا المصابة بالفيروس ، لكن هذه التجمعات من جزيئات الفيروس كانت لا تزال صغيرة جدًا بحيث لا يمكن الكشف عن أي بنية مفصلة. لم يكن حتى اختراع المجهر الإلكتروني في عام 1931 من قبل المهندسين الألمان إرنست روسكا (1906-1988) وماكس نول (1887-1969) ، [13] حيث تبين أن جزيئات الفيروس ، وخاصة العاثيات ، لها هياكل معقدة. تم تحديد أحجام الفيروسات باستخدام هذا المجهر الجديد بشكل جيد مع تلك المقدرة من خلال تجارب الترشيح. كان من المتوقع أن تكون الفيروسات صغيرة ، لكن مجموعة الأحجام كانت مفاجأة. كان بعضها أصغر بقليل من أصغر أنواع البكتيريا المعروفة ، وكانت الفيروسات الأصغر ذات أحجام مماثلة للجزيئات العضوية المعقدة. [14]

في عام 1935 ، فحص ويندل ستانلي فيروس تبرقش التبغ ووجد أنه مصنوع في الغالب من البروتين. [15] في عام 1939 ، فصل ستانلي وماكس لوفر (1914) الفيروس إلى بروتين وحمض نووي ، [16] والذي أظهره هوبرت س. [17] كان اكتشاف الحمض النووي الريبي في الجسيمات مهمًا لأنه في عام 1928 ، قدم فريد جريفيث (1879-1941) أول دليل على أن "ابن عمه" ، الحمض النووي ، شكّل الجينات. [18]

في أيام باستير ، ولسنوات عديدة بعد وفاته ، استُخدمت كلمة "فيروس" لوصف أي سبب من أسباب الأمراض المعدية. سرعان ما اكتشف العديد من علماء الجراثيم سبب العديد من الإصابات. ومع ذلك ، بقيت بعض الإصابات ، وكثير منها مروّعة ، ولم يتم العثور على سبب جرثومي لها. كانت هذه العوامل غير مرئية ولا يمكن زراعتها إلا في الحيوانات الحية. مهد اكتشاف الفيروسات الطريق لفهم هذه العدوى الغامضة. وعلى الرغم من أن افتراضات كوخ لا يمكن تحقيقها بالنسبة للعديد من هذه العدوى ، إلا أن هذا لم يمنع علماء الفيروسات الرواد من البحث عن فيروسات في حالات العدوى التي لا يمكن العثور على سبب آخر لها. [19]

تحرير الاكتشاف

البكتيريا هي الفيروسات التي تصيب البكتيريا وتتكاثر فيها. تم اكتشافها في أوائل القرن العشرين من قبل عالم البكتيريا الإنجليزي فريدريك تورت (1877-1950). [20] ولكن قبل هذا الوقت ، في عام 1896 ، ذكر عالم البكتيريا إرنست هانبري هانكين (1865-1939) أن شيئًا ما في مياه نهر الغانج يمكن أن يقتل ضمة الكوليرا - سبب الكوليرا. يمكن تمرير العامل الموجود في الماء من خلال مرشحات تزيل البكتيريا ولكن يتم تدميرها بالغليان. [21] اكتشف Twort عمل العاثيات على بكتيريا المكورات العنقودية. ولاحظ أنه عندما نمت على أجار المغذيات ، فإن بعض مستعمرات البكتيريا تصبح مائية أو "زجاجية". قام بجمع بعض هذه المستعمرات المائية ومررها عبر مرشح شامبرلاند لإزالة البكتيريا واكتشف أنه عندما تمت إضافة المرشح إلى مزارع جديدة من البكتيريا ، فإنها بدورها تصبح مائية. [20] واقترح أن العامل قد يكون "الأميبا ، أو فيروس فائق الدقة ، أو بروتوبلازم حي ، أو إنزيم يتمتع بقوة النمو". [21]

كان فيليكس ديهيريل (1873-1949) متخصصًا في علم الأحياء الدقيقة من أصول فرنسية-كندية علم نفسه بنفسه. في عام 1917 اكتشف أن "مضادًا غير مرئي" ، عند إضافته إلى البكتيريا الموجودة على أجار ، سينتج مناطق من البكتيريا الميتة. [20] المضاد ، المعروف الآن باسم العاثية ، يمكن أن يمر عبر مرشح شامبرلاند. قام بتخفيف تعليق هذه الفيروسات بدقة واكتشف أن أعلى التخفيفات (أقل تركيز للفيروسات) ، بدلاً من قتل جميع البكتيريا ، شكلت مناطق منفصلة من الكائنات الحية الميتة. سمح له حساب هذه المناطق وضربها في معامل التخفيف بحساب عدد الفيروسات في التعليق الأصلي. [22] أدرك أنه اكتشف نوعًا جديدًا من الفيروسات وصاغ فيما بعد مصطلح "العاثية". [23] [24] بين عامي 1918 و 1921 اكتشف دي هيريل أنواعًا مختلفة من العاثيات التي يمكن أن تصيب عدة أنواع أخرى من البكتيريا بما في ذلك ضمة الكوليرا. [25] تم الإعلان عن البكتيريا كعلاج محتمل لأمراض مثل التيفوئيد والكوليرا ، ولكن تم نسيان وعدها مع تطوير البنسلين. [23] منذ أوائل السبعينيات ، استمرت البكتيريا في تطوير مقاومة للمضادات الحيوية مثل البنسلين ، وقد أدى ذلك إلى تجديد الاهتمام باستخدام العاثيات لعلاج الالتهابات الخطيرة. [26]

البحث المبكر 1920-1940معدل

سافر D'Herelle على نطاق واسع للترويج لاستخدام العاثيات في علاج الالتهابات البكتيرية. في عام 1928 ، أصبح أستاذًا لعلم الأحياء بجامعة ييل وأسس عدة معاهد بحثية. [27] كان مقتنعا بأن العاثيات كانت فيروسات على الرغم من معارضة علماء البكتيريا مثل الحائز على جائزة نوبل جول بوردي (1870-1961). جادل بورديت بأن العاثيات ليست فيروسات ولكنها مجرد إنزيمات تم إطلاقها من البكتيريا "اللايسوجينية". قال "عالم ديهيريل غير المرئي غير موجود". [28] ولكن في الثلاثينيات من القرن الماضي ، قدم كريستوفر أندروز (1896-1988) وآخرون الدليل على أن العاثيات كانت فيروسات. وأظهروا أن هذه الفيروسات تختلف في الحجم وخواصها الكيميائية والمصلية. في عام 1940 ، تم نشر أول صورة مجهرية إلكترونية للعاثية ، مما أدى إلى إسكات المشككين الذين جادلوا بأن العاثيات كانت إنزيمات بسيطة نسبيًا وليست فيروسات. [29] تم اكتشاف العديد من الأنواع الأخرى من العاثيات بسرعة وتبين أنها تصيب البكتيريا أينما وجدت. توقفت الأبحاث المبكرة بسبب الحرب العالمية الثانية. ديهيريل ، على الرغم من جنسيته الكندية ، احتجز من قبل حكومة فيشي حتى نهاية الحرب. [30]

العصر الحديث تحرير

زادت المعرفة بالعاثيات في الأربعينيات من القرن الماضي بعد تشكيل مجموعة Phage من قبل العلماء في جميع أنحاء الولايات المتحدة. كان من بين الأعضاء ماكس ديلبروك (1906-1981) الذي أسس دورة عن العاثيات في مختبر كولد سبرينغ هاربور. [26] من بين الأعضاء الرئيسيين الآخرين في مجموعة Phage سلفادور لوريا (1912-1991) وألفريد هيرشي (1908-1997). خلال الخمسينيات من القرن الماضي ، توصل هيرشي وتشيس إلى اكتشافات مهمة حول تكرار الحمض النووي أثناء دراستهما على العاثية المسماة T2. جنبا إلى جنب مع Delbruck حصلوا على جائزة نوبل عام 1969 في علم وظائف الأعضاء أو الطب "لاكتشافاتهم المتعلقة بآلية النسخ والبنية الجينية للفيروسات". [31] منذ ذلك الحين ، قدمت دراسة العاثيات نظرة ثاقبة لتشغيل وإيقاف الجينات ، وآلية مفيدة لإدخال الجينات الغريبة في البكتيريا والعديد من الآليات الأساسية الأخرى للبيولوجيا الجزيئية. [32]

في عام 1882 ، وصف أدولف ماير (1843-1942) حالة نباتات التبغ ، والتي سماها "مرض الفسيفساء" ("موزاييك"). كان للنباتات المريضة أوراق متنوعة مرقطة. [33] استبعد احتمال وجود عدوى فطرية ولم يستطع الكشف عن أي بكتيريا وتكهن بأن هناك "مبدأ معدي قابل للذوبان يشبه الإنزيم". [34] لم يتابع فكرته أكثر من ذلك ، وكانت تجارب الترشيح التي أجراها إيفانوفسكي وبيجيرينك هي التي أشارت إلى أن السبب كان عاملًا معديًا لم يتم التعرف عليه من قبل. بعد أن تم التعرف على فسيفساء التبغ كمرض فيروسي ، تم اكتشاف عدوى فيروسية للعديد من النباتات الأخرى. [34]

لا يمكن المبالغة في أهمية فيروس تبرقش التبغ في تاريخ الفيروسات. كان أول فيروس يتم اكتشافه ، وأول فيروس تبلور وبنيته موضحة بالتفصيل. حصل برنال وفانكوشن على أول صور حيود الأشعة السينية للفيروس المتبلور في عام 1941. وبناءً على صورها ، اكتشفت روزاليند فرانكلين التركيب الكامل للفيروس في عام 1955. [35] وفي نفس العام ، هاينز فراينكل- أظهر كونرات وروبلي ويليامز أن الحمض النووي الريبي لفيروس فسيفساء التبغ المنقى وبروتين الغلاف الخاص به يمكن أن يتجمعوا من تلقاء أنفسهم لتشكيل فيروسات وظيفية ، مما يشير إلى أن هذه الآلية البسيطة كانت على الأرجح الوسيلة التي تم من خلالها تكوين الفيروسات داخل الخلايا المضيفة. [36]

بحلول عام 1935 ، كان يُعتقد أن العديد من الأمراض النباتية تسببها الفيروسات. في عام 1922 ، اكتشف جون كونكيل سمول (1869-1938) أن الحشرات يمكن أن تعمل كناقلات وتنقل الفيروسات إلى النباتات. في العقد التالي ، تبين أن العديد من أمراض النباتات سببها فيروسات تحملها الحشرات ، وفي عام 1939 ، وصف فرانسيس هولمز ، رائد في علم الفيروسات النباتية ، [37] 129 فيروسات تسببت في أمراض النباتات. [38] توفر الزراعة الحديثة والمكثفة بيئة غنية للعديد من فيروسات النبات. في عام 1948 ، في كانساس ، الولايات المتحدة ، دمر فيروس فسيفساء خط القمح 7٪ من محصول القمح. انتشر الفيروس عن طريق سوس يسمى Aceria tulipae. [39]

في عام 1970 ، اكتشف عالم الفيروسات الروسي جوزيف أتابيكوف أن العديد من فيروسات النبات تصيب فقط نوعًا واحدًا من النبات المضيف. [37] تعترف اللجنة الدولية لتصنيف الفيروسات الآن بأكثر من 900 فيروسات نباتية. [40]

بحلول نهاية القرن التاسع عشر ، تم تعريف الفيروسات من حيث العدوى ، وقدرتها على التصفية ، ومتطلباتها للمضيفين الأحياء. حتى هذا الوقت ، كانت الفيروسات تنمو فقط في النباتات والحيوانات ، ولكن في عام 1906 ، اخترع روس جرانفيل هاريسون (1870–1959) طريقة لزراعة الأنسجة في اللمف ، [41] وفي عام 1913 ، إ. شتاينهاردت ، إسرائيلي ، استخدم و RA Lambert هذه الطريقة لتنمية فيروس اللقاح في أجزاء من أنسجة قرنية خنزير غينيا. [42] في عام 1928 ، نما HB و MC Maitland فيروس الوقس في معلقات لكلى الدجاج المفروم. [43] لم يتم اعتماد طريقتهم على نطاق واسع حتى الخمسينيات من القرن الماضي ، عندما نما فيروس شلل الأطفال على نطاق واسع لإنتاج اللقاح. [44] في عام 1941-1942 ، طور جورج هيرست (1909-1994) فحوصات على أساس التراص الدموي لتحديد مدى واسع من الفيروسات بالإضافة إلى الأجسام المضادة الخاصة بالفيروس في مصل الدم. [45] [46]

تحرير الأنفلونزا

على الرغم من أن فيروس الإنفلونزا الذي تسبب في جائحة إنفلونزا 1918-1919 لم يتم اكتشافه حتى الثلاثينيات من القرن الماضي ، فقد أثبتت أوصاف المرض والأبحاث اللاحقة أنه كان السبب في ذلك. [47] قتل الوباء 40-50 مليون شخص في أقل من عام ، [48] ولكن الدليل على أنه ناجم عن فيروس لم يتم الحصول عليه حتى عام 1933. [49] المستدمية النزلية هي بكتيريا انتهازية تتبع عادة عدوى الأنفلونزا ، مما دفع عالم البكتيريا الألماني البارز ريتشارد فايفر (1858-1945) إلى استنتاج خاطئ أن هذه البكتيريا كانت سبب الإنفلونزا. [50] حدث تقدم كبير في عام 1931 ، عندما قام عالم الأمراض الأمريكي إرنست ويليام جودباستور بزراعة الإنفلونزا والعديد من الفيروسات الأخرى في بيض الدجاج المخصب. [51] حدد هيرست نشاطًا إنزيميًا مرتبطًا بجسيم الفيروس ، والذي تم وصفه لاحقًا باسم النورامينيداز ، وهو أول دليل على أن الفيروسات يمكن أن تحتوي على إنزيمات. أظهر فرانك ماكفارلين بيرنت في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي أن الفيروس يتحد بترددات عالية ، واستنتج هيرست لاحقًا أنه يحتوي على جينوم مجزأ. [52]

تحرير شلل الأطفال

في عام 1949 ، قام جون إف إندرز (1897-1985) توماس ويلر (1915-2008) وفريدريك روبينز (1916-2003) بزراعة فيروس شلل الأطفال لأول مرة في خلايا الأجنة البشرية المستزرعة ، وهو أول فيروس ينمو بدون استخدام مادة صلبة. أنسجة حيوانية أو بيض. غالبًا ما تسبب العدوى بفيروس شلل الأطفال أخف الأعراض. لم يكن هذا معروفًا حتى تم عزل الفيروس في الخلايا المستنبتة وتبين أن العديد من الأشخاص أصيبوا بعدوى خفيفة لم تؤد إلى الإصابة بشلل الأطفال. ولكن ، على عكس الالتهابات الفيروسية الأخرى ، زاد معدل الإصابة بشلل الأطفال - وهو الشكل الأكثر ندرة للعدوى - في القرن العشرين ووصل إلى ذروته حوالي عام 1952. وقد مكّن اختراع نظام زراعة الخلايا لتنمية الفيروس جوناس سالك (1914-1995) ) لصنع لقاح فعال ضد شلل الأطفال. [53]

تحرير فيروس إبشتاين بار

ولد دينيس بارسونز بوركيت (1911-1993) في إنيسكيلين ، مقاطعة فيرماناغ ، أيرلندا. كان أول من وصف نوعًا من السرطان يحمل الآن اسمه سرطان الغدد الليمفاوية بوركيت. كان هذا النوع من السرطان مستوطنًا في إفريقيا الاستوائية وكان أكثر الأورام الخبيثة شيوعًا عند الأطفال في أوائل الستينيات. [54] في محاولة للعثور على سبب للسرطان ، أرسل بوركيت خلايا من الورم إلى أنتوني إبستين (مواليد 1921) عالم الفيروسات البريطاني ، الذي كان مع إيفون بار وبيرت أتشونغ (1928-1996) ، وبعد العديد من الإخفاقات ، اكتشف فيروسات تشبه فيروس الهربس في السائل المحيط بالخلايا. تبين لاحقًا أن الفيروس هو فيروس هربس لم يتم التعرف عليه سابقًا ، والذي يسمى الآن فيروس إبشتاين بار. [55] والمثير للدهشة أن فيروس إبشتاين-بار شائع جدًا ولكنه عدوى خفيفة نسبيًا بين الأوروبيين. لماذا يمكن أن يسبب مثل هذا المرض المدمر للأفارقة ليس مفهوما تماما ، ولكن قد يكون السبب وراء انخفاض المناعة ضد الفيروس الذي تسببه الملاريا. [56] يعتبر فيروس إبشتاين بار مهمًا في تاريخ الفيروسات لكونه أول فيروس يُظهر أنه يسبب السرطان لدى البشر. [57]

أواخر القرن العشرين وأوائل القرن الحادي والعشرين

كان النصف الثاني من القرن العشرين هو العصر الذهبي لاكتشاف الفيروسات وتم اكتشاف معظم 2000 نوع معروف من الفيروسات الحيوانية والنباتية والبكتيرية خلال هذه السنوات. [58] [59] في عام 1946 ، تم اكتشاف الإسهال الناجم عن فيروس الأبقار ، [60] والذي لا يزال على الأرجح أكثر مسببات الأمراض شيوعًا للماشية في جميع أنحاء العالم [61] وفي عام 1957 ، تم اكتشاف الفيروس الشرياني للخيول. [62] في الخمسينيات من القرن الماضي ، أدت التحسينات في طرق عزل الفيروسات واكتشافها إلى اكتشاف العديد من الفيروسات البشرية المهمة بما في ذلك الفيروس النطاقي الحماقي ، [63] الفيروسات المخاطانية ، [64] - والتي تشمل فيروس الحصبة ، [65] والفيروس المخلوي التنفسي [64] - وفيروسات الأنف التي تسبب نزلات البرد. [66] في الستينيات تم اكتشاف المزيد من الفيروسات. في عام 1963 ، اكتشف باروخ بلومبرج (مواليد 1925) فيروس التهاب الكبد B. [67] إنزيم النسخ العكسي ، وهو الإنزيم الرئيسي الذي تستخدمه الفيروسات القهقرية لترجمة الحمض النووي الريبي الخاص بها إلى الحمض النووي ، تم وصفه لأول مرة في عام 1970 ، بشكل مستقل من قبل هوارد تيمين وديفيد بالتيمور (مواليد 1938). [68] كان هذا مهمًا لتطوير الأدوية المضادة للفيروسات - نقطة تحول رئيسية في تاريخ العدوى الفيروسية. [69] في عام 1983 ، قام لوك مونتانييه (مواليد 1932) وفريقه في معهد باستير في فرنسا بعزل الفيروس القهقري الذي يسمى الآن فيروس نقص المناعة البشرية. [70] في عام 1989 اكتشف فريق مايكل هوتون في شركة Chiron Corporation التهاب الكبد C. [71] تم اكتشاف فيروسات وسلالات جديدة من الفيروسات في كل عقد من النصف الثاني من القرن العشرين. استمرت هذه الاكتشافات في القرن الحادي والعشرين حيث ظهرت أمراض فيروسية جديدة مثل السارس [72] وفيروس نيباه [73]. على الرغم من إنجازات العلماء على مدار المائة عام الماضية ، لا تزال الفيروسات تشكل تهديدات وتحديات جديدة. [74]


تم الكشف عن التاريخ القديم لمرض لايم في أمريكا الشمالية باستخدام الجينوم البكتيري

اكتشف فريق من الباحثين بقيادة كلية ييل للصحة العامة أن بكتيريا مرض لايم قديمة في أمريكا الشمالية ، وتنتشر بصمت في الغابات لمدة 60 ألف عام على الأقل - قبل وقت طويل من وصف المرض لأول مرة في لايم ، كونيتيكت ، في عام 1976 و قبل وقت طويل من وصول البشر.

لأول مرة الجينومات الكاملة لبكتيريا مرض لايم ، بوريليا برغدورفيرية، تم تسلسلها من قراد الغزلان لإعادة بناء تاريخ هذا العامل الممرض الغازي.

تُظهر النتائج أن وباء داء لايم المستمر لم ينجم عن إدخال البكتيريا مؤخرًا أو تغيير تطوري - مثل الطفرة التي جعلت البكتيريا أكثر قابلية للانتقال. إنه مرتبط بالتحول البيئي في جزء كبير من أمريكا الشمالية. على وجه التحديد ، أدى تجزئة الغابات والانفجار السكاني للغزلان في القرن الماضي إلى خلق ظروف مثالية لانتشار القراد وأدى إلى استمرار هذا الوباء.

أجرت كاثرين والتر البحث عندما كانت طالبة دكتوراه في كلية ييل للصحة العامة وهي المؤلف الرئيسي للدراسة المنشورة في علم البيئة والتطور.

وقالت: "لقد كانت بكتيريا مرض لايم مستوطنة منذ فترة طويلة". "لكن إزالة الغابات وما تلاها من إقامة في الضواحي في الكثير من مناطق نيو إنغلاند والغرب الأوسط خلق ظروفًا لازدهار قراد الغزلان - وبكتيريا مرض لايم -".

مرض لايم هو أكثر الأمراض المنقولة بالنواقل شيوعًا في أمريكا الشمالية. منذ أن تم وصفه لأول مرة في السبعينيات ، انتشر المرض بسرعة في جميع أنحاء نيو إنجلاند والغرب الأوسط. تضاعفت حالات الإصابة بمرض لايم المبلغ عنها أكثر من ثلاثة أضعاف منذ عام 1995 وتقدر مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها الآن أن أكثر من 300000 أمريكي يصابون بالمرض كل عام.

لجأ الفريق إلى علم الجينوم للكشف عن أصل البكتيريا. بالمقارنة B. burgdorferi تم جمع الجينوم من مناطق مختلفة وعلى مدى 30 عامًا ، بنى الفريق شجرة تطورية وأعاد بناء تاريخ انتشار العامل الممرض.

جمع الباحثون قراد الغزلان ، نواقل بورجدورفيري ، من جميع أنحاء نيو إنجلاند. وركزوا جهود أخذ العينات في المناطق التي يُتوقع أن تكون مصادر للوباء - كيب كود والمناطق المحيطة بجزيرة لونغ آيلاند ساوند. تم جمع أكثر من 7000 علامة من هذه المناطق خلال صيف 2013. لتوسيع النطاق المكاني للدراسة ، ساهم المتعاونون في الجنوب والغرب الأوسط وعبر كندا بالقراد للفريق.

باستخدام طريقة طورها الفريق سابقًا لتسلسل الحمض النووي البكتيري بشكل تفضيلي (وتجنب تسلسل الحمض النووي من القراد فقط) ، قام الباحثون بوضع تسلسل 148 B. burgdorferi الجينوم. الدراسات السابقة للتاريخ التطوري لـ B. burgdorferi اعتمدوا على علامات الحمض النووي القصيرة بدلاً من الجينوم الكامل. سمحت قراءة المليون حرف من الجينوم البكتيري الكامل للفريق بتجميع تاريخ أكثر تفصيلاً. رسم الفريق شجرة تطورية محدثة أظهرت أن البكتيريا نشأت على الأرجح في الشمال الشرقي للولايات المتحدة وانتشرت جنوبًا وغربًا عبر أمريكا الشمالية إلى كاليفورنيا.

من المحتمل أن الطيور نقلت العامل الممرض لمسافات طويلة إلى مناطق جديدة وواصلت الثدييات الصغيرة انتشارها. كان مطبوعًا على الجينوم البكتيري أيضًا علامة على النمو السكاني الهائل. مع تطورها ، بدا أنها تكاثرت.

كانت الشجرة أيضًا أقدم بكثير مما توقعه الفريق - يبلغ عمرها 60 ألف عام على الأقل. هذا يعني أن البكتيريا كانت موجودة في أمريكا الشمالية قبل وقت طويل من وصف المرض عن طريق الطب وقبل وقت طويل من وصول البشر لأول مرة إلى أمريكا الشمالية عبر مضيق بيرينغ (منذ حوالي 24000 عام)

توضح هذه النتائج أن البكتيريا ليست غازية حديثة. سلالات متنوعة من B. burgdorferi منذ فترة طويلة في أمريكا الشمالية ووباء مرض لايم الحالي هو نتيجة للتغيرات البيئية التي سمحت للغزلان والقراد وأخيراً البكتيريا بالغزو.

أدى انفجار الغزلان في القرن العشرين إلى مناظر طبيعية في الضواحي ، وخالية من الحيوانات المفترسة للذئاب ومع قيود الصيد الصارمة ، إلى السماح لقراد الغزلان بغزو معظم أنحاء نيو إنجلاند والغرب الأوسط. كما ساهم تغير المناخ. تعمل فصول الشتاء الأكثر دفئًا على تسريع دورات حياة القراد وتسمح لها بالبقاء على قيد الحياة لمسافة تقدر بحوالي 28 ميلًا شمالًا كل عام.

توسعت القراد إلى مناظر طبيعية في الضواحي - مليئة بالحيوانات مثل الفئران ذوات الأقدام البيضاء وروبينز ، وهي مضيفة ممتازة ب. بورجدورفيري. سمح توسع القراد في الموائل ذات المضيف المثالي للبكتيريا بالانتشار.

Adalgisa Caccone ، محاضر في Yale في علم البيئة وعلم الأحياء التطوري وكبير الباحثين في كلية الصحة العامة ، وماريا ديوك واسر ، من قسم علم البيئة والبيولوجيا التطورية والبيئية في جامعة كولومبيا ، من كبار المؤلفين. ساهمت جيوفانا كاربي ، من كلية الطب بجامعة جونز هوبكنز ، أيضًا في البحث.


7.6: تاريخ طويل من الأمراض البكتيرية - علم الأحياء

فيما يلي ملخص الشهادة التي قدمها جوشوا ليدربيرغ في 24 أغسطس 2001 إلى لجنة العلاقات الخارجية ، السناتور جوزيف بايدن ، رئيسًا. هذه الشهادة وثيقة الصلة بالموضوع بشكل خاص في ضوء الهجمات الإرهابية الأخيرة وما تلاها من نوبات الجمرة الخبيثة.

الدكتور ليدربيرغ ، باحث في علم الوراثة ، هو أستاذ ورئيس سابق لجامعة روكفلر. كان رائدًا في مجال علم الوراثة البكتيرية باكتشاف إعادة التركيب الجيني في البكتيريا. في عام 1958 ، عن عمر يناهز 33 عامًا ، حصل الدكتور ليدربيرج على جائزة نوبل في الطب عن هذا العمل والأبحاث اللاحقة في علم الوراثة البكتيرية. منذ عام 1966 ، كان قلقًا بشأن إساءة استخدام علم الأحياء الدقيقة المحتمل وقد نصح الوكالات الحكومية بشأن سيطرتها. في عام 1989 تم تكريمه بالميدالية الوطنية للعلوم من قبل الرئيس جورج هـ. بوش الذي استشهد بدوره كمستشار. Dr. Lederberg is cochair of a study on biological weapon threats and defensive measures tasked by the Defense Science Board and the Defense Threat Reduction Agency. He is also the editor of ABiological Weapons: Containing the Threat,@ published by MIT Press in 1999.

I am honored to address the committee on a matter of transcendent importance to U.S. security and global human welfare. I define biological warfare as use of agents of disease for hostile purposes. This definition encompasses attacks on human health and survival and extends to plant and animal crops. Biological warfare was the focus of billion-dollar investments by the United States and the former Soviet Union until President Nixon's unilateral abjuration in 1969. This declaration was followed by the negotiation, ratification, and coming into force (in 1975) of the Biological Weapons Convention, a categorical ban on the development, production, and use of biological weapons.

Biological weapons are characterized by low cost and ease of access difficulty of detection, even after use, until disease has advanced unreliable but open-ended scale of predictable casualties and clandestine stockpiles and delivery systems. Per kilogram of weapon, the potential lives lost approach those of nuclear weapons, but less costly and sophisticated technology are required.

Intelligence estimates indicate that up to a dozen countries may have developed biological weapons. Considerable harm (on the scale of 1,000 casualties) could be inflicted by rank amateurs. Terrorist groups, privately or state-sponsored, with funds up to $1 million, could mount massive attacks of 10 or 100 times that scale. For each 1,000 persons on the casualty roster, 100,000 or 1,000,000 are at risk and in need of prophylactic attention, which in turn necessitates a massive triage. Studies of hypothetical scenarios document the complexity of managing bioterrorist incidents and the stress that control of such incidents would impose on civil order.

While powerful nations maintain a degree of equilibrium through mutual deterrence and shared interests, less powerful elements may find in biological warfare opportunities to harm their enemies. Under current levels of preparedness (e.g., physical facilities and organization and operational doctrines), biological warfare is probably the most perplexing and gravest security challenge we face.

President Nixon's abjuration of biological warfare as a U.S. military weapon in 1969 set in motion the most important diplomatic and legal steps towards its eradication globally, laying the groundwork for the Biological Weapons Convention treaty. The treaty lacks robust verification mechanisms, mainly for reasons intrinsic to the technology. However, verification is not the foundation of the U.S. stance the United States has long since abandoned the idea that it would respond in kind to such an attack. Were it not for the Biological Weapons Convention, a gradually escalating technology race would have amplified even further this threat to human existence. The treaty does set a consensually agreed-upon standard of behavior: it has become institutionalized into international law, and infractions open the door to enforcement.

Although further provisions for verification would do little to enhance our knowledge of those infractions, they would nevertheless have important symbolic value in reaffirming international commitment to the principles of the treaty. Creative leadership is needed to develop other ways to strengthen that reaffirmation. The real problem with the Biological Weapons Convention is enforcement, not verification. We have all-but-certain knowledge that Saddam Hussein has continued Iraq's biological weapons development program. To convince our allies, much less neutral nations and potential adversaries, of what is at stake, we may have to elevate the priority we give to this threat. We must also become more knowledgeable about the local political and cultural terrain and more ingenious in designing sanctions that will not impose undue hardship on the Iraqi population. Our public diplomacy is predicated on the stated proposition that use of biological weapons is an offense to civilization. This major accomplishment of the Biological Weapons Convention needs to be reaffirmed both in the attention we give to our own defense and in our stern responses to substantial infractions from any quarter.

Unlike the aftermath of nuclear or high-explosive bombardment, attack with biological weapons is amenable to interventions for some hours or days after the event, depending on the agent used. With the most publicized agent, anthrax, administration of appropriate antibiotics can protect the majority of those exposed. The other side of the coin is recognizing the syndrome within hours of the earliest symptoms. Biosensors are being developed to confirm suspicions of anthrax. We will have to rely on early diagnosis of the first human (or animal) cases to provide the basis for focusing those sensors. Because a wide list of diseases must be considered, this surveillance entails reinvigorating our overall public health infrastructure. In contrast to the explosive rise of health-care expenditures, public health funding has been allowed to languish, boosted only very recently by public arousal about emerging infections and bioterrorism. That boost entails personnel and organizational structures, but improvement also depends on funding for new as well as established programs.

In addition to diagnostic capability, we need organizational and operational doctrines that can confront unprecedented emergencies, we need trained personnel on call, and we need physical facilities for isolation, decontamination, and care. We also need stockpiles of antibiotics and vaccines appropriate to the risk, preceded by careful analysis of what kinds and how much. We need research on treatment methods (e.g., how should inhalational anthrax be managed with possibly limited supplies of antibiotics). Still more fundamental, research could give us sharper tools for diagnosis and more usable ranges of antibacterial and antiviral remedies.

Organizing the government to deal with mass contingencies is a goal that is vexing and still poorly addressed. It entails coordination of local, state, and federal assets and jurisdictions and the intersection of law enforcement, national security, and public health. A time of crisis is not ideal for debates over responsibility, authority, and funding.

Our main bulwark against direct large-scale attack is the combination of civic harmony and firm retaliation. Better intelligence is key to retaliation, apprehension, and penal containment and sanctions. This territory is technically unfamiliar to most of the intelligence community, which has taken many positive steps but has a long way to go. Resources for managing biological threats are fewer than those allocated to other, more familiar threats.


Publisher’s note Springer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.

Supplementary Figure 1 A neighbor-joining phylogenetic tree showing the relatedness of the four phage types used in the experiments with similar phages publicly available in NCBI.

A neighbor-joining phylogenetic tree based on phage head-tail connector protein similarity between the phages used in this experiment (NJ-P3, NB-P21, NC-P34, NN-P42 red colour) and other similar phages that are publicly available at NCBI (black colour). All four phages belonged to order Caudovirales and the family Podoviridae, were highly similar with each other and a Ralstonia phage DU_RP_II. The scale bar represents 0.2 amino acid substitutions per site and values next to the nodes show bootstrap values based on 500 samples.

Supplementary Figure 2 Annotated genome maps for the four phage types used in the experiments.

In all circular genome maps, the outermost black circle represents the full length of the genome, the second outermost multicolored circle represents the forward and reverse reading frames, the third outermost green circle represents GC content and the innermost purple circle represents GC skew.

Supplementary Figure 3 Genetic distance between the four phage types used in our experiment and similar phages publicly available in NCBI with reported information on lytic and lysogenic activity.

Phylogenetic tree showing the relatedness of lytic and lysogenic phages based on genomic similarity. Each genome was first compared to another and to themselves to account and normalize for differences in phage genomes sizes and a neighbor joining tree was then constructed based on the complete distance matrix based on 500 bootstrap sample values as described previously (Mizuno, C.M., Rodriguez-Valera, F., Kimes, N.E. & Ghai, R. Expanding the Marine Virosphere Using Metagenomics. PLoS Genetics. 9 (2013)). Branch colours show different phage families and known lytic and lysogenic phages are shown in black and red, respectively. The phage types used in the experiments (NJ-P3, NB-P21, NC-P34, NN-P42) were most closely related to a lytic phage DU_RP_II.

Supplementary Figure 4 The mean infectivity of phage types to Ralstonia solanacearum clones isolated from China.

The average infectivity of four phage types against 96 R. solanacearum bacterial isolates originating from the tomato rhizosphere of four independent tomato fields in China (24 independent R. solanacearum isolates from each field: Nanjing, Nanchang, Ningbo and Nanning). Bars represent standard deviation between four different fields.

Supplementary Figure 5 Correlation between phage and pathogen densities in tomato rhizosphere.

ال ر 2 و ص value refer to the most parsimonious model fitted based on linear regression analysis (ن=3 for ancestral and control treatment, ن=12 for one- and three-phage treatments and ن=18 for two-phage treatment all n are biologically independent samples).

Supplementary Figure 6 Relationships between pathogen growth rate, phage combination treatment and phage resistance at the end of the greenhouse experiment.

Panel A shows the growth rate for evolved pathogen clones isolated from different phage combination treatments at the end of the greenhouse experiment. Lowercase letters above boxplots denote for significant differences between phage combination treatments (multiple comparisons were conducted by Tukey test, FDR adjusted ص<0.05) and ر 2 and red dashed line represents the maximum growth rate of ancestral pathogen strain. Box-plots show interquartile range (25 to 75% of the data), the median as lines and outliers as dots. Panel B shows the correlation between pathogen maximum growth rate and mean phage resistance to all ancestral phages at the end of the greenhouse experiment. ال ر 2 و ص values refer to the most parsimonious model, black line shows the mean regression based on all the data points and the small inset in top right corner shows the change in regression coefficient between phage combination treatments (n=3 for ancestral and control treatment, n=12 for one- and three-phage treatments and n=18 for two-phage treatment all n are biologically independent samples). N0 to N3 denote for no-phage, single-phage, two-phage and three-phage treatments, respectively.

Supplementary Figure 7 Relationship between pathogen competitiveness and phage combination treatment at the end of the greenhouse experiment.

Pathogen competitive ability was measured as the relative growth against the phage-susceptible ancestral pathogen in terms of reduction in the ancestral pathogen abundance. All box-plots show interquartile range (25 to 75% of the data) and median as line. Lowercase letters above boxplots denote for significant differences between phage combination treatments (multiple comparisons were conducted by Tukey test, FDR adjusted ص<0.05, n=3 for ancestral and control treatment, n=12 for one- and three-phage treatments and n=18 for two-phage treatment all n are biologically independent samples).

Supplementary Figure 8 Effects of phage combination treatments on microbial OTU richness at the end of the greenhouse experiment.

Microbial OTU richness correlated positively with the number of phages present in the phage combination treatment. ال ر 2 و ص value refer to the most parsimonious model fitted based on linear regression analysis and red dashed line shows the OTU richness of no-phage control treatment (n=3 for control treatment, n=12 for one- and three-phage treatments and n=18 for two-phage treatment all n are biologically independent samples).

Supplementary Figure 9 Effects of phage combination treatments on relative abundance of different bacterial phyla at the end of the greenhouse experiment.

Correlations between relative abundances of different bacterial phyla and the number of phages present in the phage combinations at the end of the greenhouse experiment. Panels A-H show the correlation for Ralstonia, Proteobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Acidobacteria, Planctomycetes, Firmicutes and Actinobacteria, respectively. Red dashed lines in all panels show the no-phage control treatment. ال ر 2 و ص value refer to the most parsimonious model fitted based on linear regression analysis (n=3 for control treatment, n=12 for one- and three-phage treatments and n=18 for two-phage treatment all n are biologically independent samples).

Supplementary Figure 10 Effects of phages on bacterial co-occurrence networks at the end of the greenhouse experiment.

The bacterial co-occurrence networks associated with single-phage and three-phage combinations treatments. Each node represents a bacterial OTU, and each edge represents a Spearman correlation with negative (blue) and positive correlations (red). The node colours represent taxa classification at the phylum level (ن=12 biologically independent samples for one- and three-phage treatments).

Supplementary Figure 11 The resistance of pathogenic and non-pathogenic bacterial isolates to phage types used in the experiments.

The average infectivity of four phage types against 96 R. solanacearum bacterial isolates originating from the tomato rhizosphere of four independent tomato fields in China (24 independent R. solanacearum isolates from each field: Nanjing, Nanchang, Ningbo and Nanning) and 400 non-pathogenic bacterial isolates from the soil used in the greenhouse experiment. Bars represent standard deviation between four different field for pathogen isolates.

Supplementary Figure 12 Effects of phage on the abundance of bacterial genera.

Panel A shows significant positive (red) and negative (blue) correlation coefficients between bacterial genera abundances and number of phages present in the phage combinations. Correlations were determined using Spearman method and all correlations were FDR adjusted ص<0.05. Panel B shows to which phyla positively (top pie chart) and negatively (bottom pie chart) correlated bacteria belonged to.

Supplementary Figure 13 Simplified structural equation models explaining pathogen density, microbiome diversity and disease incidence.

Structural equation model path diagrams showing the phage combination-mediated effects on the pathogen density (أ), microbiome diversity (ب) and the disease incidence (ج). Red, blue and grey arrows denote for positive, negative and non-significant pathways, respectively, and the numbers beside arrows denote for the magnitude of these effects. Numbers within the circles show how much of the variance of each variable was explained by the other variables and χ 2 and NFI values denote for the fit of the models.

Supplementary Figure 14 Phylogenetic relationship between Ralstonia solanacearum clones isolated from four different tomato fields.

Phylogenetic neighbour-joining tree based on partial endoglucanase (egl) gene sequences of Chinese Ralstonia solanacearum strains and most closely related reference strains (red circles), that were used to test the phage type infectivity ranges (Supplementary Fig. 4). The tips of the tree show 96 Chinese R. solanacearum isolates with sample location abbreviation and sample ID. Chinese isolates are assigned to specific sequevar types based on their closest relative reference strains and sequevar type numbers are shown in boxes over each clade.


شاهد الفيديو: المحاضرة الثالثة الجزء الاول . البكتريا المرضية Pathogenic bacteria (سبتمبر 2022).


تعليقات:

  1. Gerhard

    أنت بالتأكيد على حق. في ذلك شيء وهذا هو الفكر ممتازة. وهي على استعداد لدعمكم.

  2. Bolton

    يوافق على أن تفكيره رائع

  3. Akishakar

    يؤسفني ، لكن لا شيء يمكن صنعه.

  4. Darien

    أؤكد. كان ومعي. يمكننا التواصل حول هذا الموضوع.

  5. Livingston

    ليس موقعًا سيئًا ، لقد وجدت الكثير من المعلومات الشيقة



اكتب رسالة