معلومة

19.1.14: الزرد - علم الأحياء

19.1.14: الزرد - 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.

الزرد دانيو ريريو، أصبح كائنًا حيًا "نموذجيًا" شائعًا يمكن من خلاله دراسة الأسئلة البيولوجية الأساسية.

سمك الزبر هو سمكة صغيرة (1–1.5 بوصة) (2.5–3.8 سم) من أسماك المياه العذبة تنمو بسهولة في أحواض السمك (وهي متوفرة في العديد من متاجر الحيوانات الأليفة). بعض مزاياها لعلماء الأحياء:

  • يتكاثر مبكرًا وغالبًا (يوميًا).
  • إنه حيوان فقاري ، مثلنا ، وبالتالي يمكنه تقديم أدلة على البيولوجيا البشرية التي تحبها اللافقاريات ذبابة الفاكهة و أنواع معينة انيقة ربما لا.
  • تتطور أجنةها ، مثل تلك الموجودة في معظم الأسماك ، خارج الجسم حيث يمكن ملاحظتها بسهولة (على عكس الفئران).
  • أجنةها شفافة بحيث يمكن رؤية العيوب في النمو بسهولة.
  • يمكن تمييز الخلايا الفردية في الجنين بصبغة فلورية ويتبع مصيرها.
  • التطور الجنيني سريع (يفقس في يومين).
  • يمكنهم امتصاص الجزيئات الصغيرة ، مثل المطفرات ، من ماء الحوض.
  • يمكن زرع الخلايا الفردية - أو مجموعات الخلايا - في مواقع أخرى في الجنين (كما فعل مانجولد مع أجنة النيوت).
  • يمكن إجبارهم على التطور عن طريق التوالد العذري لإنتاج حيوانات متماثلة اللواقح حسب الرغبة مع جينوم مشتق من الذكور أو من الإناث.
  • يمكن استنساخها من الخلايا الجسدية.
  • يمكن أن تكون معدلة وراثيا (مثل الفئران و ذبابة الفاكهة)
  • جينومها (1.4 × 109 أزواج قاعدية) كاشفة عن 26606 جينة ترميز البروتين.

علم الوراثة إلى الأمام والعكس

إلى الأمام

منذ زمن مندل ، شاركت معظم الجينات

  • مراقبة مثيرة للاهتمام النمط الظاهري
  • تعقب الجين المسؤول عنها.

لذا فإن علم الوراثة "الأمامي" هذا ينطلق من النمط الظاهري -> النمط الجيني.

بعض الأمثلة:

  • عمل مندل
  • تحليل RFLP للعائلات الكبيرة
  • الجين الواحد - نظرية إنزيم واحد

وقد أُطلق على هذه الأساليب اسم علم الوراثة "المتقدم" لتمييزها عن النهج الأحدث ، والذي أصبح أولوية ملحة مع نجاحات تسلسل الجينوم.

يعكس

أنتجت الطرق السريعة لتسلسل الحمض النووي كمية هائلة من البيانات. تم الكشف عن الآلاف من الجينات المشتبه بها (على سبيل المثال ، العثور على إطارات قراءة مفتوحة - ORFs) ، لكن وظيفة العديد منها لا تزال غير معروفة.

ولكن الآن مع معرفة تسلسل الحمض النووي لجين مجهول الوظيفة ، يمكن للمرء استخدام طرق لقمع هذا الجين المعين ("ضربة قاضية") ثم مراقبة التأثير على النمط الظاهري.

لذا فإن علم الوراثة "العكسي" هذا ينطلق من النمط الجيني -> النمط الظاهري.

تم تطبيق علم الوراثة العكسي بنجاح على

  • النباتات
  • الفئران
  • C. ايليجانس
  • الزرد

على سبيل المثال ، وظيفة التسلسل الجيني الغامض في دانيو يمكن دراستها بواسطة

  • توليف قصير مضاد المعنى قليل النوكليوتيد مكمل لجزء من الجين.
  • يتم تعديل قليل النوكليوتيد كيميائيًا لجعله أكثر استقرارًا من جزء من الحمض النووي الريبي.
  • الارتباط بتسلسله التكميلي على الرنا المرسال (mRNA) الناتج عن نسخ جين الحيوان ، يمنع ("يقرع") التعبير الجيني عن طريق
    • منع الترجمة أو
    • تعطيل الربط الطبيعي للـ mRNA.

لأننا نتشارك العديد من المتواليات الجينية المتشابهة (الجينات المتعامدة) مع دانيو، إذا كان يمكن للمرء أن يكتشف وظيفة الجين في دانيو، إذن لدينا فكرة أفضل عن دور أخصائي تقويم العظام في البشر.


خلفية

الكربوهيدرات هي وقود موجود في كل مكان في علم الأحياء. يتم استخدامها كمصدر للطاقة في معظم الكائنات الحية ، بدءًا من البكتيريا وحتى البشر. تشير الدلائل المتزايدة إلى أن الأنظمة الغذائية عالية الكربوهيدرات هي عامل خطر محتمل لمتلازمة التمثيل الغذائي ومرض السكري من النوع 2 (T2D) بغض النظر عن تناول الطاقة [1،2،3،4،5]. ومع ذلك ، فإن تنظيم التمثيل الغذائي للكربوهيدرات معقد. بالإضافة إلى ذلك ، على عكس أبحاث التمثيل الغذائي للدهون القوية ، لم يتم إجراء دراسات مستقبلية كبيرة لتقييم العلاقة بين الكربوهيدرات والأمراض الأيضية المرتبطة بها ، ولا يزال هناك نقص في التقييم المنهجي للأنظمة الغذائية عالية السكر. وبالتالي ، هناك حاجة ملحة لتحليل هذه المجالات بشكل شامل [6].

أظهرت الدراسات الحالية أن التحكم في توازن الجلوكوز وتنظيمه يختلف اختلافًا كبيرًا بين الكائنات الحية المختلفة ، مما يؤدي إلى تقلبات مقابلة في مستويات الجلوكوز في الدم عبر فئات مختلفة من الفقاريات. في هذه الدراسات ، توصل الباحثون إلى أن تركيزات الجلوكوز في الدم بين مجموعات الفقاريات غير متجانسة تمامًا [7،8،9]. على سبيل المثال ، في الثدييات ، يكون تركيز الجلوكوز في الدم حوالي 7 ملي مولار لدى الطيور تركيز جلوكوز دم أعلى بمقدار الضعفين تقريبًا من الثدييات ، والتركيزات في الأسماك والبرمائيات أقل بالتأكيد من تلك الموجودة في الثدييات [10]. بالإضافة إلى ذلك ، تُظهر مستويات الجلوكوز تباينًا بين الأنواع في الأسماك والبرمائيات والزواحف والطيور والثدييات. في حين أن التحكم في توازن الكربوهيدرات / الجلوكوز وتنظيمه معروفين حاليًا في أنواع الثدييات التمثيلية (خاصة في القوارض والبشر) ، فقد لا يبدو أن بعض العقائد التي تم إنشاؤها حول هذه الأنواع تمتد إلى الفقاريات الأخرى. لم يحظ توازن الجلوكوز في البرمائيات والزواحف باهتمام كبير. بفضل أهمية الأسماك في الاستزراع المائي [11 ، 12 ، 13] ، أبلغ عدد كبير من الدراسات عن التحكم في توازن الجلوكوز في العديد من أنواع الأسماك. تعتبر أسماك Teleost عمومًا غير قادرة على تحمل الجلوكوز. في الأسماك ، وخاصة في الأنواع آكلة اللحوم ، لوحظ ارتفاع السكر في الدم لفترة طويلة بعد الأكل بشكل عام بعد اتباع نظام غذائي غني بالكربوهيدرات [8 ، 10]. تمت مناقشة تنظيم الجلوكوز في الأسماك في العديد من الدراسات [12 ، 14 ، 15 ، 16 ، 17]. أظهرت الدراسات الحالية أن أسماك الزرد لها آليات تنظيمية مماثلة للاعتماد على الأنسولين مثل الثدييات. تم تحديد الجينات والبروتينات المسؤولة عن تنظيم استقلاب الجلوكوز وإثبات وجود أنماط تنظيمية ونشاط مماثل في أسماك الزرد والثدييات [18،19،20]. هناك أيضًا أوجه تشابه واختلافات واضحة في درجة حرارة الجسم والتنظيم الفسيولوجي والهرموني واستخدام الكربوهيدرات الغذائي وما إلى ذلك عند الأسماك (على الأقل Oncorhynchus) مع الثدييات. ومع ذلك ، قد يكون استكشاف ظواهر الاختلاف أمرًا صعبًا. في الوقت الحالي ، لم يتم فهم الأساس الفسيولوجي والجزيئي لهذا التعصب الواضح للجلوكوز في الأسماك بشكل كامل. أسباب اختلاف نسبة السكر في الدم القاعدية بين الأسماك والثدييات وفهم الاختلافات في التمثيل الغذائي للكربوهيدرات بين الأنواع هي منطقة مجهولة.

على مدى العقد الماضي ، تم استخدام الأدوات الجزيئية لمعالجة بعض المكونات النهائية للكربوهيدرات / استقلاب الجلوكوز وعملياتها التنظيمية ، وقد تم استخدام هذه النتائج لفهم الأدوار التي تلعبها الكربوهيدرات ومساراتها التنظيمية بشكل أفضل. ومع ذلك ، فإن معظم النتائج المتعلقة بجين واحد أو عدة جينات ذات صلة في نوع واحد تميل إلى إظهار تحيزات قوية في العينة وقد لا تستنبط من نوع إلى آخر. فقط المناهج المقارنة على مستوى الجينوم ، والتي لديها القدرة على التقاط هذه الإشارات متعددة الأبعاد ، يمكن أن تساعد في تحقيق فهم على مستوى الأنظمة للأسس الجزيئية لعملية التمثيل الغذائي للكربوهيدرات [21 ، 22]. في الوقت الحاضر ، مع تطور تقنية التسلسل عالية الإنتاجية وتوافر جينومات متعددة وكاملة لأشكال الحياة المتنوعة ، يمكن استخدام التحليل المقارن لتوفير منظور نوعي جديد للعلاقات المتجانسة بين الجينات. هذا التحليل ، بدوره ، سيمكن من فهم أعمق للاتجاهات العامة في تطور التعقيد الجينومي والتكيفات الخاصة بالنسب. لذلك ، لتأكيد مدى تعقيد وعدم تجانس توازن الكربوهيدرات / الجلوكوز ، اعتمدنا نهج الجينوم المقارن في هذه الدراسة لمقارنة جميع الجينات الممكنة في مسار التمثيل الغذائي للكربوهيدرات / الجلوكوز ككل بدلاً من تحليل جين واحد أو مسار أو أنواع على حدة. أنشأنا أولاً قاعدة بيانات لكل جين كربوهيدرات / جلوكوز في دانيو ريريو (الزرد) ، Xenopus Tropicalis (ضفدع)، جالوس جالوس (دجاج), موس العضلات (الماوس) و الانسان العاقل (الإنسان) وكذلك شرح وظائف هذه الجينات في مرض السكري من النوع 2. بعد ذلك ، قمنا بمقارنة هذه الجينات بشكل منهجي في دانيو ريريو, Xenopus Tropicalis, جالوس جالوس, موس العضلات و الانسان العاقل الجينوم. تقدم هذه الدراسة أول رؤى جينية منهجية في استقلاب الكربوهيدرات / الجلوكوز ، والتي قد توفر مرجعًا للوقاية والعلاج من مرض السكري من النوع 2 البشري وقد تقلل من تكاليف صناعة تربية الأحياء المائية بسبب عدم تحمل الجلوكوز.


مقدمة

بالمقارنة مع سطح الأرض ، يمثل الفضاء بيئة معادية ، تتميز بمزيج من الجاذبية الصغرى ، وبيئة إشعاعية غريبة ، مما قد يؤدي إلى مشاكل صحية خطيرة لأطقم رواد الفضاء المنخرطين في مهمات طويلة المدى. من بين هذه العوامل ، يعتبر التعرض للإشعاع الذي تهيمن عليه طلقات الجسيمات و GCR للطاقة العالية للغاية مصدر قلق خاص [1 ، 2]. يعتبر التدريع الفعال لمثل هذا الإشعاع أمرًا صعبًا للغاية ، نظرًا للقيود الجماعية التي يتعين على سفن الفضاء احترامها. لذلك ، لوحظ أن & # x0201 نقص المعرفة حول التأثيرات البيولوجية للإشعاع الفضائي والاستجابة له هو العامل الوحيد الأكثر أهمية الذي يحد من التنبؤ بمخاطر الإشعاع المرتبطة باستكشاف الإنسان للفضاء & # x0201D [3، 4]. تشير الملاحظات من ExoMars Trace Gas Orbiter إلى أن مهمة لمدة 6 أشهر إلى المريخ تعني جرعة إشعاعية تساوي 60٪ من الحد الذي يوصى به عمومًا لكامل حياة رائد الفضاء [5]. بدون قفزات تكنولوجية كبيرة في استراتيجيات الحماية [6] ، من المحتمل أن تكون المرونة البيولوجية المتأصلة أو المستحثة في مواجهة إشعاع الفضاء من المحتمل أن يكون التعرض المزمن من بين العوامل الحاسمة لاتخاذ قرار بشأن قبول المخاطر. تعتمد الحساسية الفردية للتعرض الحاد أو المزمن للإشعاع على الخلفية الجينية [7]. بعد التطورات الأخيرة في تقنيات التسلسل ، أصبح تحديد الجينوم الفردي واكتساب معلومات متعددة الاتجاهات عن الأفراد & # x00027 العينات البيولوجية روتينًا منخفض التكلفة نسبيًا. من الناحية النظرية ، يمكن أن تسمح هذه الموارد بفحص العديد من المرشحين للطاقم ، لتحديد أولئك الذين يمتلكون خلفيات بيولوجية حساسة أو مقاومة بشكل خاص. ومع ذلك ، فإن معرفتنا بالسمات الجينية والبيولوجية المرتبطة بالحساسية للإشعاع الفضائي لا تزال محدودة للغاية [7]. أكدت وكالة ناسا على أربعة مخاطر قد تنطوي على مخاوف صحية مهمة لرواد الفضاء: متلازمة الإشعاع الحاد ، والتسرطن ، وتغيرات الأنسجة التنكسية ، وفقدان أداء الجهاز العصبي المركزي [3]. من بينها ، يصعب فهم الأخير والتنبؤ به. ومع ذلك ، فقد بدأت التقارير الأخيرة في إلقاء بعض الضوء على هذه المسألة [8 ، 9].

في هذا الاستعراض ، سنلخص بإيجاز السمات المميزة للإشعاع الفضائي والمشاكل التي تطرحها محاكاته. سنقوم بعد ذلك بتسليط الضوء على الدراسات الراسخة والأكثر حداثة حول تأثير الإشعاعات المؤينة و / أو الظروف الفضائية على بنية ووظيفة الجهاز العصبي المركزي ، في البشر والنماذج التجريبية. على وجه الخصوص ، سنحاول تلخيص التجارب التي ، في رأينا ، أكثر إفادة فيما يتعلق بالتغيرات الوظيفية للجهاز العصبي المركزي التي قد تنجم عن تعرض دماغ الثدييات لجرعات ذات صلة بالمهمة من جزيئات HZE. للحصول على منظور أعمق حول هذه الموضوعات ، تتم إحالة القارئ إلى استطلاعات أكثر شمولاً [10 & # x0201312]. بعد ذلك نستعرض الدراسات الخاصة بالعوامل الوراثية المؤثرة على الحساسية العامة للإشعاع. أخيرًا ، سنسلط الضوء على النماذج التجريبية التي يمكن أن توفر نظرة ثاقبة حول العوامل الجينية والبيولوجية التي تؤثر على استجابة الشبكات العصبية الناضجة للإشعاع الفضائي ، مع إيلاء اعتبار خاص C. ايليجانس.


مناقشة

نناقش هنا كيف يمكن استخدام المجموعات متعددة الضربات المحددة أعلاه لتحديد الطفرات المسببة للسرطان (السائق) وغير المسببة للسرطان (الركاب) داخل الجينات. نوضح أيضًا كيف يمكن استخدام هذه المجموعات لتصميم علاج مركب يستهدف الطفرات الجينية المحددة المسؤولة عن الحالات الفردية للسرطان.

التمييز بين طفرات السائق والراكب

تستخدم الطريقة المستخدمة لتحديد المجموعات متعددة الضربات نهجًا قائمًا على تردد الطفرات لاختيار جينات السائق بشكل تفضيلي بدلاً من جينات الركاب ، أي أن الجينات المختارة لها تردد طفرة أعلى بشكل ملحوظ في عينات الورم مقارنة بالعينات العادية. لكل جين ، يعتبر تكرار الطفرة في العينات العادية ممثلًا تقريبًا لتكرار الطفرة الخلفية للجين. ومع ذلك ، في هذه الجينات ليست كل الطفرات مسببة للسرطان.

توفر التوليفات الموجودة أعلاه نقطة انطلاق لفحص مجموعة فرعية أصغر من الجينات عن كثب لتحديد الطفرات المسببة للسرطان داخل هذه الجينات. عند تحديد التوليفات متعددة الضربات ، لم نأخذ في الاعتبار موقع الطفرات داخل الجينات. من الواضح أن هناك مواقع داخل الجين حيث من غير المحتمل أن تؤثر طفرات معينة على وظيفة منتج الجين. يمكن أن تؤدي هذه الطفرات إلى نتائج إيجابية خاطئة وتساهم في العدد الكبير (65٪) من عينات الورم التي تحتوي على توليفات متعددة (الشكل 4). ضع في اعتبارك على سبيل المثال ، المجموعة ذات الضربتين من الطفرات في IDH1 و MUC6 في عينات ورم ورم دبقي منخفض الدرجة (LGG). من بين 479 عينة من ورم LGG ، تحتوي 134 (28٪) على طفرات في كل من IDH1 و MUC6 ، بينما تحتوي 5 (1.5٪) من 333 عينة من الأنسجة الطبيعية على طفرة في كلا الجينين (الشكل 6). قد تكشف مقارنة الطفرات داخل هذه الجينات للعينات الطبيعية وعينات الورم أيها مسبب للسرطان وأيها ليس كذلك. في هذا المثال ، تحتوي كل عينة من عينات الورم على طفرة مغلوطة عند R132 في IDH1 ولا توجد طفرات أخرى ، بينما لا تحتوي العينات العادية على أي طفرات في هذا الموضع (الشكل 6). سبق أن تورطت الطفرات في R132 في IDH1 في الإصابة بالسرطان 33. من ناحية أخرى ، من غير المحتمل أن تكون طفرات IDH1 التي تظهر في العينات العادية مسببة للسرطان. وبالمثل ، من غير المحتمل أن تكون الطفرات في F1989 لـ MUC6 ، والتي تحدث بشكل متكرر في كل من عينات الورم والعينات الطبيعية ، مسببة للسرطان (الشكل 6). يمكن أن يؤدي استبعاد مثل هذه الطفرات غير المسببة للسرطان إلى تقليل عدد الإيجابيات الخاطئة وزيادة دقة خوارزمية لدينا. في عملنا المستقبلي ، سنطور طريقة آلية لمقارنة وتباين مواقع الجينات الفردية ، بحيث يمكن تحديد كل هذه الطفرات داخل الجينات. لزيادة تحسين دقة الخوارزمية لدينا ، يمكن ترجيح المتغيرات التي من المحتمل أن تكون مسببة للسرطان أعلى من تلك التي من غير المحتمل أن تكون مسببة للسرطان.

الطفرات في عينات الورم الدبقي الطبيعي والدرجة المنخفضة (LGG) مع طفرات في كل من IDH1 و MUC6. يمكن استخدام الاختلاف في الطفرات بين العينات العادية وعينات الورم لنفس المجموعة ذات الضربتين لزيادة تحسين خوارزمية البحث. في الأمثلة المذكورة أعلاه ، من المحتمل أن تكون الطفرة الخاطئة عند R132 في IDH1 مسببة للسرطان ، في حين أن الطفرات في F1989 في MUC6 من غير المرجح أن تكون مسببة للسرطان. تمثل الأشرطة الملونة مجالات البروتين الوظيفية المعروفة. تمثل الأشرطة الرمادية مناطق ذات وظيفة غير معروفة. تمثل النقاط الخضراء طفرات مغلوطة ، وتمثل النقاط السوداء طفرات مقطوعة وتمثل النقاط الأرجواني طفرات أخرى مغيرة للبروتين. تم إنشاء الشكل باستخدام cBioPortal (Cerami وآخرون. وغاو وآخرون.) 44,45 .

قد لا تكون بعض الجينات التي تم تحديدها من خلال نهجنا مسببة (طفرات الركاب) على الرغم من أنها قد تكون مرتبطة بحدوث السرطان. يمكن استخدام التحليل الوظيفي لتحديد الجينات في المجموعة المذكورة أعلاه من المجموعات التي من غير المحتمل أن تكون جينات محركة ، على الرغم من أنها قد تتطور بشكل متكرر في الأورام 11 ، 34 ، 35. على سبيل المثال ، يمكن تحليل تأثير طفرات معينة على مستويات التعبير الجيني لتحديد ما إذا كان من المحتمل أن يكون للطفرة تأثير وظيفي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكننا تحليل المسارات المتأثرة بالتركيبات الجينية (الجداول S19 – S22). تظهر الدراسات أن مجموعات الطفرات الجينية الدافعة تؤثر بشكل عام على المسارات الحصرية للطرفين 36. لذلك ، قد يتضمن أحد الجينات في مجموعة متعددة الضربات التي تؤثر على نفس المسار طفرات الركاب. على الرغم من أن العديد من المسارات المختلفة تتأثر في معظم الحالات بالتركيبات الجينية ، إلا أن الجداول S19-S22 توضح أنه في بعض الحالات (على سبيل المثال MUC6 و MUC12 في BRCA) يتأثر المسار نفسه بكلا الجينين في المجموعة. ستكون هناك حاجة إلى مزيد من التحليل لتحديد ما إذا كانت الطفرات داخل أحد هذه الجينات هي طفرات راكبة.

يمكن تشغيل خوارزمية البحث بشكل متكرر لتحسين قائمة المجموعات متعددة النتائج بشكل تدريجي من خلال استبعاد طفرات الركاب هذه. مدخلات الخوارزمية لدينا عبارة عن قائمة من الجينات ذات الطفرات لكل عينة. يمكن استبعاد الجينات التي تحتوي على طفرات ركاب فقط من هذه القائمة لتقليل تضمين طفرات الركاب في التركيبات الناتجة متعددة الضربات.

أساس منطقي للعلاج المركب

قد تمثل التوليفات المحددة أعلاه ، مع مزيد من الصقل والتحقق السريري ، أساسًا أكثر منطقية للعلاج المركب المستهدف ، بدلاً من "زواج المصلحة" الحالي 27 مع منطق بيولوجي محدود 26. قد تؤدي الاستراتيجية الأكثر عقلانية أيضًا إلى تقليل مخاطر الفشل المكلف مثل تجربة المرحلة الثالثة من imfinzi بالإضافة إلى tremelimumab. يمكن تصميم مجموعة العلاجات لمريض معين لاستهداف تركيبات مسرطنة معينة من الطفرات الجينية الموجودة في المريض. على الرغم من أن 30 جينًا فقط من أصل 256 جينًا في التوليفات المحددة أعلاه تم تحديدها رسميًا على أنها "جينات سرطانية" في كتالوج الطفرات الجسدية في السرطان (COSMIC) ، فإن العديد من الجينات الأخرى كانت متورطة سابقًا في الإصابة بالسرطان (الجدول 2). قد تكون العلاجات التي تستهدف العديد من الجينات في كلتا الفئتين متاحة أو قيد التطوير. على سبيل المثال ، تحدث مجموعة الطفرات في TP53 و IGHG1 في 41٪ من عينات الورم HNSC في TCGA. العديد من الأدوية التي يمكنها استعادة وظيفة TP53 ، أو استنفاد TP53 الطافرة أو التأثير على أهداف المصب ، هي حاليًا في مرحلة ما قبل السريرية 37. لقد ثبت أن إسكات سيرنا المستهدف لـ IGHG1 يثبط بقاء الخلية ويعزز موت الخلايا المبرمج ، والذي قد يكون بالتالي هدفًا محتملًا في العلاج الجيني للسرطان. بالنسبة للمرضى الذين يعانون من هذا المزيج من الطفرات ، قد يكون العلاج المركب الذي يستهدف كلا الجينين أكثر فعالية في توليفة من العلاج المنفصل.


المواد والأساليب

بيان الأخلاق

تم إجراء التعامل مع الحيوانات والتلاعب بها وفقًا لإرشادات لجنة أخلاقيات الحيوان بجامعة أوتاجو بموجب البروتوكول 48-11.

إعداد عينة

تم الحفاظ على سلالات الزرد AB البالغة المستخدمة في هذه الدراسة في منشأة Otago Zebrafish ، قسم علم الأمراض ، جامعة أوتاجو. تم تشريح الأدمغة من 12 ذكرًا و 12 أنثى ، ثم تم تقسيم كل دماغ إلى النصف خلال المستوى السهمي. تم دمج ستة أدمغة ذكور نصفية في عينة مجمعة يشار إليها باسم Male1. وبالمثل ، فإن ذكر 2 ، وأنثى 1 ، وأنثى 2 كانوا يتألفون من مجموعة من ستة أنصاف دماغ. تم حصاد الأكباد (ن = 10) بالتشريح من النوع البري من ذكور وإناث الأسماك ، وتم تجميعها. تم استخراج الحمض النووي الجينومي من كل عينة باستخدام مجموعة PureLink Genomic DNA Mini Kit (Invitrogen) وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة.

إعداد مكتبة RRBS وتسلسلها

تم تحضير مكتبات DNA الجينومية المحولة إلى بيسلفيت وفقًا للطرق الموصوفة سابقًا. 37 ، 61 باختصار ، تم هضم الحمض النووي الجيني طوال الليل باستخدام MspI (New England Biolabs) ، متبوعًا بالإصلاح النهائي وإضافة 3 A overhangs. تم ربط المحولات الميثيلية (Illumina) ذات التراكب 3 T بشظايا الحمض النووي الذيل A. لتقليل التمثيل ، تم استئصال شظايا 40 إلى 220 نقطة أساس (حجم ربط ما قبل المحول) من 3 ٪ من المواد الهلامية Nusieve agarose (Lonza) وتحويلها بيسلفيت باستخدام مجموعة EZ DNA methylation Gold (Zymo Research). تم تضخيم المكتبات المحولة من الكبريتيت بواسطة تفاعل البوليميراز المتسلسل وتسلسلها على جهاز تسلسل Illumina HiSeq2000 مع تشغيل وحيد ، 49 نقطة أساس (معهد جينومكس في بكين). تم الحصول على ملفات تسلسل FASTQ التي تحتوي على قراءات متسلسلة لكل عينة (الشكل S1). بالنسبة لكبد الزرد ، تم تسلسل 9 ملايين قراءة فردية و 100 نقطة أساس (New Zealand Genomics Limited).

فحص جودة التسلسل والمحاذاة

للقراءات المتسلسلة التي تم الحصول عليها لكل عينة فردية ، تم إجراء فحوصات جودة القراءات والمعالجة والمحاذاة وفقًا لخط الأنابيب المنشور مسبقًا. كانت جودة القراءات المتسلسلة في جميع مكتبات أسماك الزرد عالية مع متوسط ​​درجة Phred من & gt 30 حتى نهاية دورة التسلسل الأخيرة (انظر مخطط جودة FastQC التمثيلي في حزمة برامج FastQC في الشكل S2 ، يتم توزيع FastQC من معهد بابراهام). نتيجة لذلك ، لم يكن تقليم 3 نهاية القراءات ضروريًا لهذه المكتبات. ومع ذلك ، بالنسبة لمكتبة RRBS للكبد الزرد ، قمنا بقص القراءات المتسلسلة من 100 نقطة أساس إلى 65 نقطة أساس حيث انخفضت قيم نقاط Phred بشكل ملحوظ بعد دورة التسلسل 65. تمت إزالة تسلسلات المحول من القراءات باستخدام ملف في بيت برنامج cleanadaptors. بالنسبة للقراءات المتسلسلة البالغة 49 نقطة أساس ، كانت آثار تسلسل المحولات في القراءات ضئيلة كما أكدها كل من المحولات النظيفة و FastQC (من تسلسل Illumina يقرأ عمليات بحث FastQC عن تسلسل محول Illumina المعروف). تمت محاذاة القراءات المتسلسلة ضد الجينوم المرجعي لأسماك الزرد Zv9 باستخدام برنامج محاذاة بيسلفيت Bismark v0.6.4. تم إجراء المحاذاة على جهاز Mac Pro مع معالجات Intel Xeon 64 بت ثنائية رباعية النواة ومع ذاكرة وصول عشوائي سعتها 22 جيجا بايت تعمل بنظام MacOS 10.6.

تحليل بيانات RRBS

من مجموعة الجينوم الكاملة لأسماك الزرد (Zv9) ، تم العثور على أحد في السيليكو تم إنشاء جينوم التمثيل المنخفض (RR) استنادًا إلى مواقع انقسام MspI (C ^ CGG) وأحجام الأجزاء 40-220 نقطة أساس بواسطة برنامج mkrrgenome. 37 تم استخدام نصوص وأوامر UNIX و awk المكتوبة المخصصة (لغة برمجة مفسرة) لوصف توزيع الأجزاء في الجينوم. تم إجراء تحليل المثيلة باستخدام حزمة R من methylKit. 63 باختصار ، بعد المحاذاة بواسطة Bismark ، تم فرز ملفات SAM التي تحتوي على قراءات محاذاة بشكل فريد رقميًا ثم معالجتها في R studio (الإصدار 0.97.312) باستخدام حزمة methylKit. مواقع CpG مغطاة بما لا يقل عن 10 قراءات متسلسلة (يطلق عليها CpG10) لتوليد الميثيلوم المرجعي. تم تعيين درجة مئوية مثيلة لكل موقع CpG متسلسل ومفلتر. تم إنشاء مخططات التغطية والارتباط بواسطة methylKit باستخدام ملف SAM المصنف للعينات. تم تنزيل بيانات تسلسل الجينوم ثنائي كبريتيت الدماغ البشري والفأري بالكامل لعينات التحكم من MethylomeDB 64 ومعالجتها باستخدام نصوص UNIX و awk (انظر الجدول S1).

للتحقيق في CpG10 المواقف ، فيما يتعلق بميزات الجين و CpG ، تم استخدام معلومات جدول ميزة SeqMonk لـ Zv9. SeqMonk (يتم توزيعه مجانًا من معهد بابراهام) يوفر ملفات DAT التي تحتوي على معلومات عن جزر CpG والجينات في أسماك الزرد. تم تحليل هذه الملفات بواسطة برنامج مكتوب لغرض معين (identgeneloc) ، والذي حدد بعد ذلك الجينات القريبة وجزر CpG لـ CpG10 المواقع. تمت معالجة المعلومات الناتجة بشكل أكبر باستخدام البرامج النصية awk لإنشاء توزيع CpG10 المواقف.

* في نطاق حجم 40-220 نقطة أساس. † في حساب السيليكو لمجموع جينوم RR. ‡ بيانات RRBS المستندة إلى 100 نقطة أساس ، من Smith et al. 65 § بناءً على أحدث إصدار من Zv9. 45

* كما أشارت Bismark ، فإن هذه النسبة هي مجموع عاملين: مثيلة غير CpG الفعلية في الجينوم + تحويل بيسلفيت غير مكتمل محتمل. ومع ذلك ، أظهر تحليل methylKit تحويلًا ثابتًا للكبريتات (99 ٪) لجميع العينات. ذكر 1-2 ، أنثى 1-2 من دماغ الزرد.

* CpG10 يشير إلى ثنائي النوكليوتيد ، الذي تمت تغطيته بما لا يقل عن 10 قراءات بعد التسلسل والمحاذاة.

* تم حساب نسب المثيلة لدماغ الزرد (ذكر 1-2 وإناث 1-2) وعينات RRBS للكبد على CpG10 كجزء من الدراسة الحالية. تم اشتقاق النسب المئوية للحيوانات المنوية والبيض والعضلات والكرة من أسماك الزرد من تسلسل الجينوم الكامل بيسلفيت المنشور مؤخرًا. 20 † أربع ساعات بعد الإخصاب.

* تم إنشاء هذه البيانات من عينة Male1 ، وأظهرت عينات أخرى اتجاهًا مشابهًا.


الاتجاهات المستقبلية

يستفيد مجال الميكانيكا الحيوية حاليًا من نهج تكاملي يدمج مفاهيم علم الأحياء والفيزياء والهندسة. وبالمثل ، فإن تطبيق نهج تكاملي يوحد مجالات الميكانيكا الحيوية والسلوك والتطور لديه القدرة على المساهمة برؤى الشكل والوظيفة في تطور الأداء الميكانيكي الحيوي عبر الزمن. التفاعلات بين المفترس والفريسة ، على وجه الخصوص ، يمكن أن تكون بمثابة نظام نموذجي للتحقيق التكاملي نظرًا لتأثيرها القوي على اللياقة البدنية واعتمادها على الأداء الحركي.

من الممكن توحيد الدراسات المتنوعة للتفاعلات بين المفترس والفريسة من مجالات متميزة عند تصنيفها حسب استراتيجيات الحيوانات المفترسة والفريسة. تحتوي كل من الاستراتيجيات المذكورة أعلاه على أنماط سلوكية وحسية حركية مميزة تفضل أشكالًا مميزة من الحركة للافتراس والهروب. يتيح تحديد الآليات الأساسية التي تتوسط في مثل هذه التفاعلات مقارنة حتى الحيوانات البعيدة تصنيفياً التي تشترك في استراتيجية مشتركة للكشف عن الأنماط التطورية المشتركة بين المفترس والفريسة. وهكذا ، فإن التفاعلات بين المفترس والفريسة تمثل نظام دراسة تجريبي نموذجي لدمج البيئة الحركية في التحقيق الميكانيكي الحيوي ، مما يزيد من قابلية تطبيق النتائج الميكانيكية الحيوية على الفرضيات التطورية.

في الواقع ، من خلال تبني هذا النهج التكاملي ، قد يكون من الممكن تحديد ما إذا كانت استراتيجيات الافتراس تفضل أنماطًا تطورية معينة. على سبيل المثال ، غالبًا ما يُستشهد بالهروب من الافتراس باعتباره محركًا محتملاً للتوسع أو الانكماش في المنافذ (Colwell and Fuentes 1975 Sexton et al.2009). التحولات التطورية من الماء إلى s ، مثل الإشعاعات التكيفية بعد غزو مصفوفة حركية جديدة.


مقدمة

ارتبط انتقال المجتمع من الأنظمة الغذائية التقليدية إلى الأنظمة الغذائية القائمة على السوق (يسمى التحول التغذوي) بتغيرات عميقة في الثقافة والصحة (1-4). يمر العديد من السكان الأصليين حول القطب الشمالي بهذا التحول (5-7) ، والذي يرتبط بزيادة معدلات الإصابة بالأمراض المزمنة (6 ، 8). قد يكون من الصعب مراقبة تغيير النظام الغذائي ويرجع ذلك جزئيًا إلى نقص البيانات الأساسية وجزئيًا إلى القيود المفروضة على الأساليب الحالية لتقييم النظام الغذائي. طرق التقرير الذاتي التي يمكن جمعها من مجموعات كبيرة (على سبيل المثال ، FFQ) تخضع لخطأ وتحيز كبيرين (9 ، 10) ، في حين أن الطرق الأكثر موثوقية (على سبيل المثال ، تكرار الاسترجاع على مدار 24 ساعة) يمكن أن تكون باهظة التكلفة (11 ، 12). توفر المؤشرات الحيوية الغذائية بديلاً واعدًا لطرق التقرير الذاتي ، لأنها غير متحيزة وأكثر موثوقية ويمكن قياسها من العينات المؤرشفة (13-16). نحن نعمل على تطوير المؤشرات الحيوية للمداخيل التقليدية والسوقية لسكان Yup'ik Eskimo في جنوب غرب ألاسكا بناءً على الوفرة النسبية لنظائر الكربون والنيتروجين المستقرة بشكل طبيعي (17 ، 18). تم استخدام الواسمات النظيرية على نطاق واسع كعلامات للنظام الغذائي في الدراسات البيئية والأنثروبولوجية (19-22). علاوة على ذلك ، فهي غير مكلفة للقياس والدقة ويمكن قياسها في أنواع متعددة من الأنسجة ، بما في ذلك المصل و RBC والشعر (16-18 ، 23 ، 24).

تعتبر المؤشرات الحيوية للنظائر المستقرة مفيدة في مجتمع Yup'ik ، لأن العديد من الأطعمة التقليدية والسوقية التي يتم استهلاكها بشكل شائع تختلف عن نظائرها (25-29). تشير نسبة النظائر المستقرة من النيتروجين (15 نيوتن) إلى استهلاك الثدييات والأسماك البحرية (25 ، 28) ، والتي تعد مكونًا كبيرًا في نظام يوبيك التقليدي (30-32). تم التحقق من صحة هذا المرقم الحيوي مؤخرًا لـ Yup'ik Eskimos بناءً على مقارنات مع الأحماض الدهنية البحرية EPA و DHA (17 ، 18). وبالتالي ، فإننا نقترح أن δ 15 N ستشير إلى استهلاك الأطعمة البحرية التقليدية في هذه المجموعة. نسبة نظائر الكربون (δ 13 درجة مئوية) مرتفعة في النباتات التي تستخدم C4 (Hatch-Slack) مسار التمثيل الضوئي بالنسبة لأولئك الذين يستخدمون C الأكثر شيوعًا3 (كالفين) مسار التمثيل الضوئي (33). الممثلين الأكثر شيوعًا لهذه النباتات في النظام الزراعي الأمريكي هم الذرة وقصب السكر ، وهما موجودان على نطاق واسع في النظام الغذائي للسوق كمحليات (29) ، كمكونات في الأطعمة المصنعة ، وبشكل غير مباشر عن طريق الحيوانات الأليفة التي يتم تربيتها على الذرة (34 ، 35) ). أظهرت نسبة نظير الكربون ارتباطات معتدلة مع C المبلغ عنها4- التحلية والقائمة على تناول المشروبات المحلاة في سكان الولايات المتحدة (23 ، 24 ، 36). هنا ، نقترح أن δ 13 C ستوفر مؤشرًا حيويًا مستقلاً لاستهلاك أغذية السوق لسكان Yup'ik Eskimo.

كان الهدف العام من هذه الدراسة هو تقييم المؤشرات الحيوية النظيرية للسوق وتناول الطعام التقليدي في مجتمع دراسة Yup'ik Eskimo. يمكن أن يساعد تطوير علامات موثوقة ودقيقة لتغيير النظام الغذائي لهذه الفئة من السكان في التنبؤ بالزيادة في حدوث المرض وتطوير التدخلات الغذائية المناسبة. كانت الأهداف المحددة لهذه الدراسة ثلاثة أضعاف. أولاً ، حددنا العلاقات المتوقعة بين المدخول الغذائي ونسب نظائر كرات الدم الحمراء من خلال استكمال تحليل شامل لقيم 15 N و 13 C في الأطعمة التقليدية والسوقية المهمة لسكان Yup'ik. ثانيًا ، قمنا بتقييم الارتباط بين RBC δ 15 N والإبلاغ عن تناول الأسماك والثدييات البحرية ، و RBC 13 C والإبلاغ عن تناول الطعام في السوق بناءً على 4 أيام من سجلات النظام الغذائي من 230 Yup'ik Eskimos. أخيرًا ، قمنا بتقييم ما إذا كانت الاختلافات في المدخول الغذائي حسب العمر وموقع المجتمع والهوية الثقافية التي تم الإبلاغ عنها سابقًا لهذه الفئة من السكان بناءً على التقرير الذاتي قد شوهدت أيضًا باستخدام المؤشرات الحيوية النظيرية (30 ، 37-39). توفر الطبيعة الواسعة للتقييم الغذائي السابق في هذه الفئة من السكان إطارًا مثاليًا لتقييم فعالية هذه المؤشرات الحيوية المقترحة.


كونكلوسو

O constante desenvolvimento de novas tecnologias pode ajudar a elucidar os mecanismos dessa doença complexa e intrigante. كما تكنولوجيات لتسلسل البيانات من أجل الحصول على عدد كبير من الجينات من مجموعة كبيرة من الجينات. Essa tecnologia também pode ser aplicada ao sequenciamento de RNA e poderemos ter todo o perfil do transcriptoma do paciente، ajudando-nos a visualizar o effect da mutação na cascata de sinalização.

Uma rede de expressão Comparativa de genes relacionados com cardiomiopatias pode nos dar uma idea de como esses genes interagem uns com os outros. Por enquanto، podemos dizer que há ainda muito trabalho a fazer até que tenhamos algumas respostas تحديد sobre CMH، mas a triagem genética dos pacientes traz vários Benefícios، para o paciente e para os médicos، para o paciente e para os médicos، para o paciente e para os médicos، para o paciente e para os médicos ،


شاهد الفيديو: حل أسئلة الفصل الأول مدخل إلى علم الاحياء وطبيعة العلم وطرائقه أحياء 1 اول ثانوي منهج سعودي (شهر نوفمبر 2022).