معلومة

ما الذي يجعل الإشريكية القولونية عبارة عن بكتريا قولونية أو نمط وراثي أو نمط ظاهري؟

ما الذي يجعل الإشريكية القولونية عبارة عن بكتريا قولونية أو نمط وراثي أو نمط ظاهري؟



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.

وفقًا لهذه الورقة ، من بين 61 سلالة من بكتريا قولونية لقد درسوا 6٪ فقط من الجينات شائعة في الكل. مما يعني أن الغالبية العظمى من الجينات غير مشتركة.

ويكيبيديا تعرف بكتريا قولونية مثله:

… هي بكتيريا سالبة الجرام ، لا هوائية اختيارية ، على شكل قضيب ، كوليفورم من جنس Escherichia التي توجد عادة في الأمعاء السفلية للكائنات ذوات الدم الحار (endotherms).

وهو تعريف النمط الظاهري. سؤالي هو: ما الذي يعرّف بكتريا قولونية كنوع: التركيب الوراثي أم النمط الظاهري؟


سياق تحديد بكتريا قولونية هو في المقام الأول علم الأحياء الدقيقة السريرية ، وفي المختبر السريري ، يكون التحديد ظاهريًا في المقام الأول ، بناءً على خصائص مختلفة مثل النمو والتشكل على الوسائط الانتقائية ، وظهور صبغة جرام ، والخصائص الكيميائية الحيوية ، وما إلى ذلك - فقط في ظل ظروف غير عادية يتم إجراء الاختبار الجيني. هذا الأخير يمثل مشكلة بسبب التنوع الجيني الشديد داخل الأنواع وبعض التداخل مع البعض الآخر (حتى الأجناس الأخرى).

مشاكل مفهوم "الأنواع" في بكتريا قولونية في سياق تسلسل 16 ثانية ، نوقش نقل الجينات الأفقي ، والعناصر الوراثية المتنقلة ، والبلازميدات ، وما إلى ذلك بشيء من التفصيل في كتاب Quammen الأخير الشجرة المتشابكة.

في الوقت الحالي ، يعد تحديد الأنواع الظاهرية هو المعيار ، كما يتضح من إرشادات "التسمية" لمؤلفي مجلة علم الجراثيم ، وهي إحدى منشورات الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة.


بالتأكيد كلاهما. في الوقت الحاضر ، مع التقنيات الجزيئية المتاحة بجهد منخفض ، تتم عملية الكتابة بشكل أساسي باستخدام التنميط الجيني. يمكن القيام بذلك باستخدام جين 16S rRNA ، والذي يتكون من مناطق شديدة التغير ، كما ورد في الصورة. هذا الاختيار له ما يبرره لأن هذا الجين محفوظ بشكل كبير في شعبة البكتيريا ، مما يعطي تباينًا في بعض المناطق بسبب التطور. يفسر هذا المفهوم بمصطلح "الساعة الجزيئية" في علم الأحياء التطوري.

من خلال تصميم بادئات محددة (توجد بالفعل لمزيد من الأنواع) ، يمكنك فقط الحصول على تضخيم بواسطة خلايا الإشريكية القولونية. هذا مجرد مثال ، يمكن تصديره أيضًا إلى أنواع بكتيرية أخرى: من خلال تحليل أنماط ظاهرية أخرى محفوظة لكل سلالات من هذا النوع ، من الممكن أيضًا القيام ببعض تفاعل البوليميراز المتسلسل في الوقت الفعلي باستخدام مناطق أخرى من الجينوم. تذكر دائمًا أن العزلة ، وبالتالي ، التنميط الظاهري مطلوب أثناء القيام بالتعرف البكتيري ؛ التنميط الجيني هو الطريقة الأسرع والأكثر دقة لخطوة التعرف الأولى.


صادف أنني واجهت مشكلة ذات صلة مؤخرًا في الإجابة على سؤال يتعلق بورقة حول تصنيف الفيروسات. أنا لست متخصصًا في علم الأحياء المجهرية ، لذا قد تكون هذه الإجابة معيبة ، ولكنها تثير نقطة لا أعتقد أنها وردت في الإجابات الأخرى. أرحب بالتصحيحات.

أولاً ، من الواضح أنه تم التعرف على البكتيريا قبل عدة سنوات من توفر تسلسلها ، وكما هو موضح في إجابةArgalatyr ، لا يمكن أن يكون التصنيف إلا على الخصائص المظهرية. تم الاعتراف بعدم الدقة في هذا في بيان في مقالة مراجعة عام 2000 بواسطة Dijkshoorn وآخرون. "السلالة والاستنساخ والأنواع: تعليقات على ثلاثة مفاهيم أساسية لعلم الجراثيم":

"يتكون النوع من سلالات من أصل مشترك والتي تشبه بعضها البعض أكثر من أي سلالة أخرى."

الورقة التي صادفتها سابقًا كانت من تأليف Bobay و Ochman (2018) حيث يذكران:

"يتم تعريف أعضاء الأنواع البيولوجية من خلال القدرة على تبادل المواد الجينية

هذا التعريف - بطبيعته الوراثية - يسبق بوضوح عصر تسلسل الحمض النووي. (في الكائنات اللاجنسية مثل البكتيريا ، يمكن أن يحدث تبادل المواد الجينية عن طريق إعادة تركيب الحمض النووي.)

وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن هذا التعريف المطبق على البكتيريا لا يتطلب أن يكون لأفراد من نفس النوع نفس عدد الجينات (موضوع السؤال) ، فقط يمكنهم إعادة الاتحاد.

في ورقتهم Dijkshoorn وآخرون. استمر في مناقشة الجهود الحالية لربط ما ، أفترض ، هو هذا التعريف المقبول مع المقارنات القائمة على الحمض النووي - تسلسل الرنا الريباسي 16S وهوية النسبة المئوية للحمض النووي.

في الآونة الأخيرة ، أظهرت مقارنة بين بيانات الاقتران بين الحمض النووي والحمض النووي وبيانات تشابه الرنا الريباسي 16S أن السلالات التي بها تشابه الرنا الريباسي أقل من c. 97 ٪ بشكل عام لم يظهروا أي إعادة ارتباط كبير بين الحمض النووي والحمض النووي ، وبالتالي ينتمون إلى أنواع مختلفة. التشابه> 97٪ قد يشير أو لا يشير إلى علاقة وثيقة. إن استخدام هذه النسبة المئوية كقاعدة عامة في كثير من الحالات جعل تسلسل الرنا الريباسي يحل محل تقنية اقتران الحمض النووي والحمض النووي الأكثر تعقيدًا لإنشاء أنواع جديدة. في الوقت الحالي ، يتم استخدام قاعدة 70٪ أو 97٪ لدعم معظم المقترحات الخاصة بالأنواع الجديدة ".

يبدو أن المعنوي هو أننا وصلنا إلى مرحلة يكون فيها من الأرخص والأسهل محاولة تحديد الأنواع من تسلسل الحمض النووي للذهاب إلى المختبر وإجراء التجارب لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم تبادل المواد الجينية.


التوصيف المظهري والوراثي لعزلات الإشريكية القولونية المعوية المتجمعة من الأطفال في باكستان

تعتبر الإشريكية القولونية المعوية (EAEC) سببًا رئيسيًا للإصابة بالإسهال بين الأطفال. كان الهدف من هذه الدراسة هو تحديد تواتر EAEC بين الأطفال المصابين بالإسهال من المناطق المتضررة من الفيضانات وكذلك الحالات المتفرقة ، وتحديد مقاومة الأدوية المتعددة ، وتقييم الفوعة باستخدام نموذج في الجسم الحي للإمراض. تم جمع عينات البراز من 225 طفل مصاب بالإسهال من عام 2010 إلى عام 2011 من المناطق المتضررة من الفيضانات وكذلك من حالات متفرقة في باكستان. تميزت عزلات EAEC التي تم تحديدها من خلال مجموعات phylogrouping ، وأنماط مقاومة المضادات الحيوية بما في ذلك طيف بيتا لاكتاماز واسع الطيف ، واكتشاف تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة في gyrA و parC ، وإمكانية الفوعة باستخدام دودة الشمع ، G. mellonella. تم تحديد ما مجموعه 35 (12.5٪) عزلة مؤكدة من EAEC بين 225 عزلة E. coli. أظهرت عزلات EAEC مقاومة عالية للتتراسيكلين والأمبيسلين والسيفاكلور. ما مجموعه 34.28 ٪ كانت إيجابية ESBL. كشف الكشف عن تعدد الأشكال أحادي النوكليوتيدات أن 37.14٪ و 68.57٪ عزلات كانت موجبة للـ SNPs في gyrA (A660 -T660) و parC (C330 -T330) على التوالي. كشفت مجموعة Phylogrouping أن مجموعة phylogroup B2 كانت أكثر انتشارًا بين جميع عزلات EAEC التي تم اختبارها تليها D و A و B1 وغير قابلة للطباعة (NT). أظهرت إصابة G. mellonella بـ EAEC أن قتل الجرعة المعدية كان أعلى بنسبة 100٪ من E. ينتشر EAEC بين الأطفال الباكستانيين المصابين بالإسهال ، وهم يتمتعون بمقاومة عالية للمضادات الحيوية ، ويقعون في الغالب في مجموعة B2 phylogroup. يعد المراقبة الوبائية لـ EAEC والأنماط المرضية الأخرى للإشريكية القولونية أمرًا بالغ الأهمية لتقييم دور هذه العوامل الممرضة في أمراض الإسهال وأيضًا لتحديد مدى مقاومة الأدوية المتعددة بين السكان.

الكلمات الدالة: تجميع معوية مقاومة Escherichia coli للمضادات الحيوية ممتدة الطيف بيتا لاكتامازات phylogroups أحادية النوكليوتيدات تعدد الأشكال إمكانات ضراوة.


مقدمة

كان هدف بيولوجيا الأنظمة هو فهم كيفية نشوء النمط الظاهري من النمط الجيني. يتم تحديد النمط الظاهري للخلية من خلال التنظيم المعقد لعملية التمثيل الغذائي والتعبير الجيني وإشارات الخلية. إن فهم العلاقة بين النمط الظاهري والنمط الجيني أمر بالغ الأهمية لفهم المرض ولعلم الأحياء الهندسي 1. النماذج الحسابية مناسبة بشكل خاص لدراسة هذه المشكلة ، حيث يمكنها تجميع وتنظيم البيانات المتنوعة والمعقدة في إطار تنبؤي ، ولكن هناك حاجة إلى دراسات تجريبية مفصلة تتضمن العديد من العينات لفهم التفاعلات بين الأنواع المختلفة من بيانات omics 2. يتم بذل الكثير من الجهد حاليًا لفهم أفضل طريقة لدمج المعلومات التي تم جمعها حول الأنظمة الفرعية الخلوية المتعددة المشتقة من أنواع مختلفة من القياسات عالية الإنتاجية. على سبيل المثال ، هناك العديد من الأساليب المقترحة لربط التعبير الجيني ووفرة البروتين ، مع التركيز على نماذج الخلايا الكاملة التكاملية 2،3،4،5.

بالنظر إلى الاهتمام المتزايد بنهج النمذجة التكاملية ، هناك حاجة ملحة لبيانات مقياس الجينوم عالية الجودة التي يمكن مقارنتها عبر الأنظمة الفرعية الخلوية وتعكس العديد من الظروف الخارجية المختلفة. بكتريا قولونية هو كائن حي مثالي لدراسة التأثيرات التنظيمية على مستوى الجينوم والمتعدد المستويات للظروف الخارجية ، نظرًا لأنه يتكيف جيدًا مع بيئة المختبر 6 وكان أحد الكائنات الحية الأولى التي تمت دراستها على مستوى الجينوم الكامل 7. كان هناك عدد من الدراسات حول بكتريا قولونية النسخ و / أو البروتين استجابة لظروف النمو المختلفة. على سبيل المثال ، في الخلايا التي تنمو بكثافة عالية ، يتم تقليل التعبير عن معظم جينات التخليق الحيوي للأحماض الأمينية ويتم تنظيم التعبير عن المرافق ، مما يشير إلى الضغوط التي تتعرض لها هذه الخلايا 8. التعرض ل بكتريا قولونية يؤدي انخفاض درجة الحرارة إلى تغييرات في أنماط التعبير الجيني بما يتفق مع انخفاض التمثيل الغذائي والنمو 9. في ظل تجويع الجلوكوز على المدى الطويل ، يتم تنظيم mRNAs بشكل عام بينما تكون استجابة البروتين أكثر تنوعًا 10. على وجه التحديد ، تنخفض أعداد نسخ البروتينات المشاركة في العمليات كثيفة الطاقة بينما تظل البروتينات المشاركة في التمثيل الغذائي للمغذيات ثابتة ، ومن المرجح أن تزود الخلية بالقدرة على بدء عملية التمثيل الغذائي عندما تصبح العناصر الغذائية متاحة مرة أخرى. هناك عدد قليل من الدراسات الأخرى واسعة النطاق التي قامت بقياس الرنا المرسال و / أو وفرة البروتين في ظل ظروف متعددة 11 ، 12 ، 13 ، 14.

هنا ، نقدم تحليلًا منهجيًا لـ بكتريا قولونية التعبير الجيني في ظل مجموعة متنوعة من الظروف المختلفة. نقيس كلاً من الرنا المرسال والبروتين ، في مراحل أسية وثابتة ، لظروف النمو بما في ذلك مصادر الكربون المختلفة وضغوط الملح المختلفة. نجد أن الرنا المرسال والبروتينات تعرض استجابات متباينة لظروف النمو المختلفة. علاوة على ذلك ، ينتج عن مرحلة النمو اختلافات منهجية في التعبير الجيني أكثر من مصدر الكربون أو إجهاد الملح ، على الرغم من أن هذا التأثير يكون أكثر وضوحًا في mRNAs منه في البروتينات. نتوقع أن توفر مجموعة البيانات الخاصة بنا موردًا ثريًا لأعمال النمذجة المستقبلية.


معدل النمو

تنمو البكتيريا عادة بشكل أسرع بكثير من الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا. تنمو الإشريكية القولونية بسرعة بمعدل جيل واحد لكل 20 دقيقة في ظل ظروف النمو النموذجية.

يسمح هذا بإعداد مرحلة اللوغاريتمي (المرحلة اللوغاريتمية ، أو الفترة التي ينمو فيها عدد السكان أضعافًا مضاعفة) بين عشية وضحاها مع منتصف الطريق إلى أقصى كثافة.

نتائج التجارب الجينية في غضون ساعات فقط بدلاً من عدة أيام أو شهور أو سنوات. النمو الأسرع يعني أيضًا معدلات إنتاج أفضل عند استخدام الثقافات في عمليات التخمير الموسعة.


محتويات

اكتب وتحرير التشكل

بكتريا قولونية سالب الجرام ، اللاهوائي الاختياري (الذي يجعل ATP عن طريق التنفس الهوائي في حالة وجود الأكسجين ، ولكنه قادر على التحول إلى التخمر أو التنفس اللاهوائي في حالة غياب الأكسجين) والبكتيريا غير المتضخمة. [17] عادة ما تكون الخلايا على شكل قضيب ، ويبلغ طولها حوالي 2.0 ميكرومتر وقطرها 0.25-1.0 ميكرومتر ، ويبلغ حجم الخلية 0.6-0.7 ميكرومتر 3. [18] [19] [20]

بكتريا قولونية البقع سالبة الجرام لأن جدارها الخلوي يتكون من طبقة رقيقة من الببتيدوغليكان وغشاء خارجي. أثناء عملية التلوين ، بكتريا قولونية يلتقط لون مضاد السفرانين والبقع الوردية. يوفر الغشاء الخارجي المحيط بجدار الخلية حاجزًا لمضادات حيوية معينة من هذا القبيل بكتريا قولونية لا يتضرر من البنسلين. [15]

السلالات التي تمتلك سوطًا متحركة. السوط له ترتيب peritrichous. [21] كما أنه يعلق ويخرج إلى ميكروفيلي الأمعاء عن طريق جزيء الالتصاق المعروف باسم intimin. [22]

تحرير الأيض

بكتريا قولونية يمكن أن يعيش على مجموعة متنوعة من الركائز ويستخدم تخمير الأحماض المختلطة في الظروف اللاهوائية ، وإنتاج اللاكتات ، والسكسينات ، والإيثانول ، والأسيتات ، وثاني أكسيد الكربون. نظرًا لأن العديد من المسارات في التخمير المختلط الأحماض تنتج غاز الهيدروجين ، تتطلب هذه المسارات أن تكون مستويات الهيدروجين منخفضة ، كما هو الحال عندما بكتريا قولونية تعيش مع الكائنات الحية المستهلكة للهيدروجين ، مثل الميثانوجينات أو البكتيريا التي تقلل الكبريتات. [23]

بالإضافة الى، بكتريا قولونية'يمكن إعادة ربط عملية التمثيل الغذائي باستخدام ثاني أكسيد الكربون فقط2 كمصدر للكربون لإنتاج الكتلة الحيوية. بعبارة أخرى ، يمكن تغيير عملية التمثيل الغذائي غير المتجانسة هذه لإظهار قدرات ذاتية التغذية من خلال التعبير غير المتجانسة عن جينات تثبيت الكربون بالإضافة إلى تشكيل نازعة الهيدروجين وإجراء تجارب التطور المخبرية. يمكن القيام بذلك عن طريق استخدام فورمات لتقليل ناقلات الإلكترون وتزويد ATP المطلوبة في المسارات الابتنائية داخل هذه المركبات ذاتية التغذية الاصطناعية. [24]

بكتريا قولونية لديها ثلاثة مسارات أصلية حال للجلوكوز: EMPP و EDP و OPPP. يستخدم EMPP عشر خطوات أنزيمية لإنتاج اثنين من البيروفات ، واثنين من ATP ، واثنين من NADH لكل جزيء جلوكوز بينما يعمل OPPP كطريق أكسدة لتخليق NADPH. على الرغم من أن EDP هو الأكثر ملاءمة من الناحية الديناميكية الحرارية من بين المسارات الثلاثة ، بكتريا قولونية لا تستخدم EDP لاستقلاب الجلوكوز ، بالاعتماد بشكل أساسي على EMPP و OPPP. يظل EDP بشكل أساسي غير نشط باستثناء أثناء النمو مع الجلوكونات. [25]

تحرير القمع Catabolite

عندما تنمو في وجود خليط من السكريات ، غالبًا ما تستهلك البكتيريا السكريات بالتتابع من خلال عملية تُعرف باسم كبت الهدم. من خلال قمع تعبير الجينات المشاركة في التمثيل الغذائي للسكريات الأقل تفضيلاً ، عادة ما تستهلك الخلايا أولاً السكر الذي ينتج أعلى معدل نمو ، يليه السكر الذي ينتج عنه أعلى معدل نمو ، وهكذا. عند القيام بذلك ، تضمن الخلايا استخدام مواردها الأيضية المحدودة لتعظيم معدل النمو. المثال الأكثر استخدامًا لهذا مع بكتريا قولونية ينطوي على نمو البكتيريا على الجلوكوز واللاكتوز حيث بكتريا قولونية سوف تستهلك الجلوكوز قبل اللاكتوز. كما لوحظ قمع Catabolite في بكتريا قولونية في وجود السكريات الأخرى غير الجلوكوز ، مثل أرابينوز وزيلوز ، سوربيتول ، رامنوز ، وريبوز. في بكتريا قولونية، يتم تنظيم قمع الجلوكوز الهدم من خلال نظام نقل الفوسفوتراز ، وهو سلسلة فسفرة متعددة البروتينات تجمع بين امتصاص الجلوكوز والتمثيل الغذائي. [26]

نمو الثقافة تحرير

النمو الأمثل بكتريا قولونية يحدث عند 37 درجة مئوية (98.6 درجة فهرنهايت) ، ولكن بعض السلالات المختبرية يمكن أن تتكاثر في درجات حرارة تصل إلى 49 درجة مئوية (120 درجة فهرنهايت). [27] بكتريا قولونية ينمو في مجموعة متنوعة من الوسائط المختبرية المحددة ، مثل مرق ليسوجيني ، أو أي وسيط يحتوي على الجلوكوز ، فوسفات الأمونيوم أحادي القاعدة ، كلوريد الصوديوم ، كبريتات المغنيسيوم ، فوسفات البوتاسيوم ثنائي القاعدة ، والماء. يمكن دفع النمو عن طريق التنفس الهوائي أو اللاهوائي ، باستخدام مجموعة كبيرة ومتنوعة من أزواج الأكسدة والاختزال ، بما في ذلك أكسدة حمض البيروفيك ، وحمض الفورميك ، والهيدروجين ، والأحماض الأمينية ، وتقليل الركائز مثل الأكسجين ، والنترات ، والفومارات ، وثنائي ميثيل سلفوكسيد ، وثلاثي ميثيل أمين أكسيد النيتروجين. [28] بكتريا قولونية تصنف على أنها اللاهوائية الاختيارية. يستخدم الأكسجين عندما يكون موجودًا ومتاحًا. ومع ذلك ، يمكن أن يستمر في النمو في حالة عدم وجود الأكسجين باستخدام التخمر أو التنفس اللاهوائي. تعد القدرة على الاستمرار في النمو في غياب الأكسجين ميزة للبكتيريا لأن بقائها يزداد في البيئات التي يسود فيها الماء. [15]

تحرير دورة الخلية

تنقسم دورة الخلية البكتيرية إلى ثلاث مراحل. تحدث الفترة B بين اكتمال انقسام الخلايا وبداية تكرار الحمض النووي. تشمل الفترة C الوقت الذي يستغرقه تكرار الحمض النووي الصبغي. تشير الفترة D إلى المرحلة بين الانتهاء من تكرار الحمض النووي ونهاية انقسام الخلية. [29] ومضاعفة معدل بكتريا قولونية يكون أعلى عند توفر المزيد من العناصر الغذائية. ومع ذلك ، لا يتغير طول الفترتين C و D ، حتى عندما يصبح الوقت المضاعف أقل من مجموع الفترتين C و D. في أسرع معدلات النمو ، يبدأ النسخ المتماثل قبل اكتمال الجولة السابقة من النسخ المتماثل ، مما ينتج عنه شوكات تكرار متعددة على طول الحمض النووي ودورات الخلية المتداخلة. [30]

عدد شوكات النسخ المتماثل في النمو السريع بكتريا قولونية عادة ما يتبع 2n (ن = 1 ، 2 أو 3). يحدث هذا فقط إذا بدأ النسخ المتماثل في وقت واحد من جميع أصول التكرارات ، ويشار إليه بالنسخ المتزامن. ومع ذلك ، لا تتكاثر جميع الخلايا في الثقافة بشكل متزامن. في هذه الحالة ، لا تحتوي الخلايا على مضاعفات اثنين من شوكات النسخ المتماثل. ثم تتم الإشارة إلى بدء النسخ المتماثل على أنه غير متزامن. [31] ومع ذلك ، يمكن أن يحدث عدم التزامن بسبب طفرات على سبيل المثال DnaA [31] أو DnaA البروتين المرتبط ببادئ DiaA. [32]

تعديل التكيف الجيني

بكتريا قولونية والبكتيريا ذات الصلة تمتلك القدرة على نقل الحمض النووي عبر الاقتران البكتيري أو التنبيغ ، مما يسمح للمادة الوراثية بالانتشار أفقيًا من خلال مجموعة سكانية موجودة. عملية التنبيغ ، التي تستخدم الفيروس البكتيري المسمى بالعاثية ، [33] هي المكان الذي ينتشر فيه الجين المشفر لسم الشيجا من شيغيلا البكتيريا ل بكتريا قولونية ساعد في الإنتاج بكتريا قولونية O157: H7 ، السلالة المنتجة لسموم الشيغا بكتريا قولونية.

بكتريا قولونية يشمل عددًا هائلاً من البكتيريا التي تظهر درجة عالية جدًا من التنوع الجيني والظاهري. تسلسل الجينوم للعديد من عزلات بكتريا قولونية والبكتيريا ذات الصلة تظهر أن إعادة التصنيف التصنيفي سيكون مرغوبًا فيه. ومع ذلك ، لم يتم القيام بذلك ، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى أهميته الطبية ، [34] و بكتريا قولونية لا يزال أحد أكثر أنواع البكتيريا تنوعًا: 20 ٪ فقط من الجينات في نموذجي بكتريا قولونية الجينوم مشترك بين جميع السلالات. [35]

في الواقع ، من وجهة نظر بناءة ، فإن أعضاء الجنس شيغيلا (S. الزحار, S. flexneri, S. boydii، و S. Sonnei) يجب أن تصنف على أنها بكتريا قولونية سلالات ، وهي ظاهرة تسمى تصنيفات مقنعة. [36] وبالمثل ، سلالات أخرى من بكتريا قولونية (على سبيل المثال ، فإن سلالة K-12 شائعة الاستخدام في عمل الحمض النووي المؤتلف) مختلفة بشكل كافٍ بحيث تستحق إعادة التصنيف.

السلالة هي مجموعة فرعية داخل الأنواع لها خصائص فريدة تميزها عن السلالات الأخرى. غالبًا ما لا يمكن اكتشاف هذه الاختلافات إلا على المستوى الجزيئي ، ومع ذلك ، فقد تؤدي إلى تغييرات في فسيولوجيا أو دورة حياة البكتيريا.على سبيل المثال ، قد تكتسب السلالة قدرة مسببة للأمراض ، والقدرة على استخدام مصدر كربون فريد ، والقدرة على اتخاذ مكانة بيئية معينة ، أو القدرة على مقاومة العوامل المضادة للميكروبات. سلالات مختلفة من بكتريا قولونية غالبًا ما تكون خاصة بالمضيف ، مما يجعل من الممكن تحديد مصدر التلوث البرازي في العينات البيئية. [12] [13] على سبيل المثال ، معرفة أي بكتريا قولونية سلالات موجودة في عينة مائية تسمح للباحثين بوضع افتراضات حول ما إذا كان التلوث قد نشأ من إنسان أو من الثدييات الأخرى أو الطيور.

تحرير الأنماط المصلية

نظام تقسيم مشترك من بكتريا قولونية، ولكن لا يعتمد على الارتباط التطوري ، عن طريق النمط المصلي ، والذي يعتمد على مستضدات السطح الرئيسية (مستضد O: جزء من طبقة عديدات السكاريد الشحمية H: مستضد فلاجيلين K: كبسولة) ، على سبيل المثال O157: H7). [37] ومع ذلك ، فمن الشائع الاستشهاد فقط بالمجموعة المصلية ، أي مستضد O. في الوقت الحاضر ، هناك حوالي 190 مجموعة مصلية معروفة. [38] السلالة المختبرية الشائعة لها طفرة تمنع تكوين مستضد O وبالتالي فهي غير قابلة للطباعة.

تعديل الجينوم والتطور

مثل كل أشكال الحياة ، سلالات جديدة من بكتريا قولونية تتطور من خلال العمليات البيولوجية الطبيعية للطفرة وتكرار الجينات ونقل الجينات الأفقي على وجه الخصوص ، تم الحصول على 18 ٪ من جينوم السلالة المختبرية MG1655 أفقيًا منذ الاختلاف عن السالمونيلا. [39] بكتريا قولونية K-12 و بكتريا قولونية سلالات B هي الأصناف الأكثر استخدامًا للأغراض المختبرية. تطور بعض السلالات سمات يمكن أن تكون ضارة بالحيوان المضيف. تسبب هذه السلالات الفتاكة نوبة إسهال غالبًا ما تكون ذاتية الشفاء لدى البالغين الأصحاء ولكنها غالبًا ما تكون مميتة للأطفال في العالم النامي. [40] السلالات الأكثر فتكًا ، مثل O157: H7 ، تسبب مرضًا خطيرًا أو الوفاة عند كبار السن أو الصغار جدًا أو الذين يعانون من نقص المناعة. [40] [41]

الجنس الإشريكية و السالمونيلا تباعدت منذ حوالي 102 مليون سنة (فترة المصداقية: 57-176 ميا) ، والتي تتزامن مع تباعد مضيفيها: الأول موجود في الثدييات والأخير في الطيور والزواحف. [42] تبع ذلك انقسام الإشريكية سلف إلى خمسة أنواع (E. البرتي, بكتريا قولونية, E. fergusonii, E. hermannii، و E. الضعف). الاخير بكتريا قولونية سلف انقسم بين 20 و 30 مليون سنة. [43]

تجارب التطور على المدى الطويل باستخدام بكتريا قولونية، التي بدأها ريتشارد لينسكي في عام 1988 ، سمحت بالمراقبة المباشرة لتطور الجينوم على مدى أكثر من 65000 جيل في المختبر. [44] على سبيل المثال ، بكتريا قولونية لا تمتلك عادةً القدرة على النمو بشكل هوائي باستخدام السترات كمصدر للكربون ، والتي تُستخدم كمعيار تشخيصي يمكن من خلاله التمييز بكتريا قولونية من بكتيريا أخرى وثيقة الصلة مثل السالمونيلا. في هذه التجربة ، كان عدد سكان واحد من بكتريا قولونية تطور بشكل غير متوقع القدرة على استقلاب السترات هوائيًا ، وهو تحول تطوري كبير مع بعض السمات المميزة للانتواع الميكروبي.

في عالم الميكروبات ، يمكن إنشاء علاقة افتراس مماثلة لتلك التي لوحظت في عالم الحيوان. نظرًا ، فقد لوحظ أن الإشريكية القولونية هي فريسة العديد من الحيوانات المفترسة العامة ، مثل Myxococcus xanthus. في هذه العلاقة بين المفترس والفريسة ، لوحظ تطور موازٍ لكلا النوعين من خلال التعديلات الجينية والظاهرية ، في حالة الإشريكية القولونية ، يتم تعديل التعديلات في جانبين متورطين في ضراوتها مثل إنتاج الغشاء المخاطي (الإنتاج المفرط لألجينات حمض exoplasmic ) وقمع جين OmpT ، مما ينتج في الأجيال القادمة تكيفًا أفضل لأحد الأنواع التي يبطلها تطور الآخر ، باتباع نموذج تطوري مشترك أظهرته فرضية الملكة الحمراء. [45]

تعديل سلالة النمط الجديد

بكتريا قولونية هو نوع نوع الجنس (الإشريكية) بالمقابل الإشريكية هو نوع جنس عائلة Enterobacteriaceae ، حيث لا ينبع اسم العائلة من الجنس المعوية + "i" (كذا) + "aceae" ، ولكن من "enterobacterium" + "aceae" (البكتيريا المعوية ليست جنسًا ، ولكنها اسم تافه بديل للبكتيريا المعوية). [46] [47]

يُعتقد أن السلالة الأصلية التي وصفها Escherich ضاعت ، وبالتالي تم اختيار سلالة جديدة (نوع جديد) كممثل: سلالة النمط الجديد هي U5 / 41 T ، [48] المعروف أيضًا تحت أسماء الرواسب DSM 30083 ، [49] ATCC 11775، [50] و NCTC 9001، [51] وهو مسبب للأمراض للدجاج وله النمط المصلي O1: K1: H7. [52] ومع ذلك ، في معظم الدراسات ، تم استخدام إما O157: H7 أو K-12 MG1655 أو K-12 W3110 كممثل بكتريا قولونية. تم تسلسل الجينوم من النوع سلالة في الآونة الأخيرة فقط. [48]

نسالة بكتريا قولونية سلالات تحرير

تم عزل وتمييز العديد من السلالات التي تنتمي إلى هذا النوع. بالإضافة إلى النمط المصلي (في أعلاه) ، يمكن تصنيفها وفقًا لتطورها ، أي التاريخ التطوري المستنتج ، كما هو موضح أدناه حيث يتم تقسيم الأنواع إلى ست مجموعات. [53] [54] يؤدي استخدام تسلسل الجينوم الكامل بشكل خاص إلى إنتاج سلالات مدعومة بدرجة عالية. بناءً على هذه البيانات ، هناك خمسة أنواع فرعية من بكتريا قولونية كانت مميزة. [48]

العلاقة بين المسافة التطورية ("الترابط") وعلم الأمراض صغيرة ، [48] على سبيل المثال سلالات النمط المصلي O157: H7 ، والتي تشكل كليد ("مجموعة حصرية") - المجموعة E أدناه - كلها سلالات معوية هزلية (EHEC) ، ولكن ليست كل سلالات EHEC مرتبطة ارتباطًا وثيقًا. في الواقع ، هناك أربعة أنواع مختلفة من شيغيلا متداخلة بين بكتريا قولونية سلالات (في أعلاه)، في حين E. البرتي و E. fergusonii خارج هذه المجموعة. في الواقع ، كل شيء شيغيلا تم وضع الأنواع ضمن نوع فرعي واحد من بكتريا قولونية في دراسة نسجية تضمنت سلالة النوع ، [48] ولهذا السبب فإن إعادة التصنيف طبقًا أمر صعب. جميع سلالات البحث شائعة الاستخدام من بكتريا قولونية تنتمي إلى المجموعة A وهي مشتقة بشكل أساسي من سلالة Clifton's K-12 (λ + F + O16) وبدرجة أقل من d'Herelle's بكتيريا Bacillus coli سلالة (سلالة ب) (O7).

بكتريا قولونية S88 (O45: K1. مُمْرِض خارج الخلية)

بكتريا قولونية UMN026 (O17: K52: H18. مُمْرِض خارج الخلوي)

بكتريا قولونية (O19: H34. مُمْرِض خارج الخلية)

بكتريا قولونية (O7: K1. مُمْرِض خارج الخلية)

بكتريا قولونية GOS1 (O104: H4 EAHEC) اندلاع ألمانيا 2011

بكتريا قولونية ATCC8739 (O146. Crook's E.coli المستخدم في عمل الملتهمة في الخمسينيات)

بكتريا قولونية K-12 W3110 (O16. λ - F - "النوع البري" سلالة البيولوجيا الجزيئية)

بكتريا قولونية K-12 DH10b (O16. سلالة بيولوجيا جزيئية عالية الكفاءة الكهربية)

بكتريا قولونية K-12 DH1 (O16. سلالة بيولوجيا جزيئية عالية الكفاءة الكيميائية)

بكتريا قولونية K-12 MG1655 (O16. λ - F - "النوع البري" سلالة البيولوجيا الجزيئية)

بكتريا قولونية BW2952 (O16. سلالة البيولوجيا الجزيئية المختصة)

بكتريا قولونية B REL606 (O7. سلالة بيولوجيا جزيئية عالية الكفاءة)

بكتريا قولونية BL21-DE3 (O7. التعبير عن سلالة البيولوجيا الجزيئية مع T7 بوليميريز لنظام PET)

أول تسلسل DNA كامل لـ بكتريا قولونية تم نشر الجينوم (مشتق من سلالة المختبر K-12 MG1655) في عام 1997. وهو جزيء دائري من الحمض النووي يبلغ طوله 4.6 مليون زوج قاعدي ، ويحتوي على 4288 جينًا مشروطًا لترميز البروتين (منظم في 2584 أوبيرًا) ، وسبعة عوامل RNA الريبوزومية (rRNA) ، و 86 جينة نقل الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي). على الرغم من كونها موضوعًا لتحليل جيني مكثف لمدة 40 عامًا تقريبًا ، إلا أن العديد من هذه الجينات لم تكن معروفة من قبل. تم العثور على كثافة التشفير لتكون عالية جدًا ، حيث يبلغ متوسط ​​المسافة بين الجينات 118 زوجًا أساسيًا فقط. وقد لوحظ أن الجينوم يحتوي على عدد كبير من العناصر الجينية القابلة للتحويل ، والعناصر المتكررة ، والنبويات المشفرة ، وبقايا العاثيات. [55]

أكثر من ثلاثمائة تسلسل جينومي كامل لـ الإشريكية و شيغيلا الأنواع معروفة. تسلسل الجينوم لنوع سلالة بكتريا قولونية تمت إضافته إلى هذه المجموعة قبل عام 2014. [48] تُظهر مقارنة هذه التسلسلات قدرًا ملحوظًا من التنوع فقط حوالي 20٪ من كل تسلسل يمثل الجينوم الموجود في كل عزلة ، بينما يمكن أن يختلف حوالي 80٪ من كل جينوم بين العزلات. [35] يحتوي كل جينوم فردي على ما بين 4000 و 5500 جين ، ولكن العدد الإجمالي للجينات المختلفة بين كل التسلسل بكتريا قولونية سلالات (pangenome) يتجاوز 16000. تم تفسير هذه المجموعة الكبيرة جدًا من الجينات المكونة على أنها تعني أن ثلثي جينات بكتريا قولونية نشأ pangenome في أنواع أخرى ووصل من خلال عملية نقل الجينات الأفقي. [56]

الجينات في بكتريا قولونية عادة ما يتم تسميتها باختصارات مكونة من 4 أحرف مشتقة من وظيفتها (عندما تكون معروفة) ومائلة. على سبيل المثال، recA تم تسميته بعد دوره في إعادة التركيب المتماثل بالإضافة إلى الحرف A. تم تسمية الجينات ذات الصلة وظيفيًا recB, recC, تسجيل يتم تسمية البروتينات بأحرف أولية كبيرة ، على سبيل المثال RecA ، RecB ، إلخ. عندما يكون جينوم بكتريا قولونية تم ترقيم جميع الجينات (أكثر أو أقل) بترتيبها على الجينوم واختصارها بأرقام b ، مثل b2819 (= تسجيل). تم إنشاء الأسماء "ب" بعد فريد بلاتنر ، الذي قاد جهود تسلسل الجينوم. [55] تم تقديم نظام ترقيم آخر مع تسلسل آخر بكتريا قولونية السلالة ، W3110 ، والتي تم ترتيبها في اليابان وبالتالي تستخدم أرقامًا تبدأ بـ JW. (يأبانيز دبليو3110) ، على سبيل المثال JW2787 (= تسجيل). [57] ومن ثم ، تسجيل = b2819 = JW2787. لاحظ ، مع ذلك ، أن معظم قواعد البيانات لديها نظام ترقيم خاص بها ، على سبيل المثال تستخدم قاعدة بيانات EcoGene [58] EG10826 لـ تسجيل. أخيرًا ، تُستخدم أرقام ECK خصيصًا للأليلات في سلالة MG1655 من بكتريا قولونية K-12. [58] يمكن الحصول على قوائم كاملة بالجينات ومرادفاتها من قواعد البيانات مثل EcoGene أو Uniprot.

تحرير البروتين

لقد حققت العديد من الدراسات في بروتين بكتريا قولونية. بحلول عام 2006 ، تم تحديد 1،627 (38 ٪) من 4237 إطار القراءة المفتوحة (ORFs) تجريبيًا. [59] تم تقديم تسلسل 4،639،221 زوج قاعدي من Escherichia coli K-12. من بين 4288 جينة مشفرة للبروتين مشروحة ، 38 في المائة ليس لها وظيفة منسوبة. تكشف المقارنة مع خمسة ميكروبات متسلسلة أخرى عن عائلات جينية منتشرة في كل مكان وموزعة بشكل ضيق ، العديد من العائلات من الجينات المتشابهة داخل بكتريا قولونية هي أيضا واضحة. أكبر عائلة من البروتينات المتماثلة تحتوي على 80 ناقل ABC. يتم تنظيم الجينوم ككل بشكل لافت للنظر فيما يتعلق بالاتجاه المحلي لجوانين النسخ المتماثل ، ومن المحتمل أن يكون قليل النوكليوتيدات مرتبطًا بالنسخ وإعادة التركيب ، ومعظم الجينات موجهة إلى هذا الحد. يحتوي الجينوم أيضًا على عناصر تسلسل الإدراج (IS) ، وبقايا العاثيات ، والعديد من البقع الأخرى ذات التركيب غير المعتاد التي تشير إلى مرونة الجينوم من خلال النقل الأفقي. [55]

تحرير Interactome

تفاعل بكتريا قولونية تمت دراسته عن طريق تنقية التقارب وقياس الطيف الكتلي (AP / MS) ومن خلال تحليل التفاعلات الثنائية بين بروتيناته.

مجمعات البروتين. قامت دراسة أجريت عام 2006 بتنقية 4339 بروتينًا من ثقافات سلالة K-12 ووجدت شركاء متفاعلين لـ 2667 بروتينًا ، كان للعديد منها وظائف غير معروفة في ذلك الوقت. [60] وجدت دراسة أجريت عام 2009 أن 5،993 تفاعل بين بروتينات من نفس النوع بكتريا قولونية سلالة ، على الرغم من أن هذه البيانات أظهرت القليل من التداخل مع تلك الخاصة بمنشور عام 2006. [61]

التفاعلات الثنائية. راجاغوبالا وآخرون. (2014) نفذت الشاشات الهجينة الخميرة المنهجية مع معظم بكتريا قولونية البروتينات ، ووجدت ما مجموعه 2234 تفاعل بروتين بروتين. [62] هذه الدراسة أيضًا دمجت التفاعلات الجينية وهياكل البروتين ورسمت 458 تفاعلًا ضمن 227 مجمعًا بروتينيًا.

بكتريا قولونية ينتمي إلى مجموعة البكتيريا المعروفة بشكل غير رسمي باسم القولونيات الموجودة في الجهاز الهضمي للحيوانات ذوات الدم الحار. [63] بكتريا قولونية يستعمر عادةً الجهاز الهضمي للرضيع في غضون 40 ساعة من الولادة ، أو الوصول بالطعام أو الماء أو من الأفراد الذين يتعاملون مع الطفل. في الامعاء بكتريا قولونية يلتصق بمخاط الأمعاء الغليظة. إنه اللاهوائي الاختياري الأساسي للجهاز الهضمي البشري. [64] (اللاهوائيات الاختيارية هي كائنات يمكن أن تنمو إما في وجود أو عدم وجود الأكسجين.) وطالما أن هذه البكتيريا لا تكتسب العناصر الجينية المشفرة لعوامل الفوعة ، فإنها تظل متكافئة حميدة. [65]

تحرير الاستخدام العلاجي

بسبب التكلفة المنخفضة والسرعة التي يمكن بها زراعتها وتعديلها في إعدادات المختبر ، بكتريا قولونية هي عبارة عن منصة تعبير شائعة لإنتاج البروتينات المؤتلفة المستخدمة في العلاج. ميزة واحدة لاستخدام ملفات بكتريا قولونية عبر منصة تعبير أخرى بكتريا قولونية بطبيعة الحال لا يقوم بتصدير العديد من البروتينات إلى المنطقة المحيطة ، مما يجعل من السهل استعادة البروتين المهم دون انتقال التلوث. [66] إن بكتريا قولونية سلالات K-12 ومشتقاتها (DH1 و DH5α و MG1655 و RV308 و W3110) هي السلالات الأكثر استخدامًا في صناعة التكنولوجيا الحيوية. [67] غير مُمْرِض بكتريا قولونية سلالة Nissle 1917 (EcN) ، (Mutaflor) و بكتريا قولونية O83: K24: H31 (Colinfant) [68] [69]) تستخدم كعوامل بروبيوتيك في الطب ، بشكل أساسي لعلاج أمراض الجهاز الهضمي المختلفة ، [70] بما في ذلك مرض التهاب الأمعاء. [71] يُعتقد أن سلالة EcN قد تعيق نمو مسببات الأمراض الانتهازية ، بما في ذلك السالمونيلا وغيرها من مسببات الأمراض القولونية القولونية ، من خلال إنتاج بروتينات ميكروسين إنتاج حامض الحديد. [72]

عظم بكتريا قولونية السلالات لا تسبب المرض ، فهي تعيش بشكل طبيعي في القناة الهضمية ، [73] ولكن السلالات الفتاكة يمكن أن تسبب التهاب المعدة والأمعاء والتهابات المسالك البولية والتهاب السحايا الوليدي والتهاب القولون النزفي ومرض كرون. تشمل العلامات والأعراض الشائعة تقلصات البطن الشديدة والإسهال والتهاب القولون النزفي والقيء وأحيانًا الحمى. في حالات نادرة ، تكون السلالات الخبيثة مسؤولة أيضًا عن نخر الأمعاء (موت الأنسجة) وانثقابها دون أن تتطور إلى متلازمة انحلال الدم اليوريمي ، والتهاب الصفاق ، والتهاب الضرع ، وتعفن الدم ، والالتهاب الرئوي سالب الجرام. الأطفال الصغار جدًا هم أكثر عرضة للإصابة بأمراض خطيرة ، مثل متلازمة انحلال الدم اليوريمي ، ومع ذلك ، فإن الأفراد الأصحاء من جميع الأعمار معرضون لخطر العواقب الوخيمة التي قد تنشأ نتيجة للإصابة بالعدوى. بكتريا قولونية. [64] [74] [75] [76]

بعض سلالات بكتريا قولونية، على سبيل المثال O157: H7 ، يمكن أن ينتج ذيفان الشيغا (المصنف كعامل إرهاب بيولوجي). يسبب توكسين الشيغا استجابات التهابية في الخلايا المستهدفة في الأمعاء ، تاركًا وراءها آفات تؤدي إلى الإسهال الدموي الذي يعد أحد أعراض إنتاج سموم الشيغا. بكتريا قولونية (STEC) عدوى. يتسبب هذا السم أيضًا في تدمير خلايا الدم الحمراء قبل الأوان ، مما يؤدي إلى انسداد نظام الترشيح في الجسم ، والكلى ، وفي بعض الحالات النادرة (عادة عند الأطفال وكبار السن) مما يتسبب في متلازمة انحلال الدم اليوريمي (HUS) ، مما قد يؤدي إلى الفشل الكلوي. وحتى الموت. تشمل علامات متلازمة انحلال الدم اليوريمي انخفاض وتيرة التبول والخمول وشحوب الخدين وداخل الجفون السفلية. في 25٪ من مرضى HUS ، تحدث مضاعفات في الجهاز العصبي ، والتي بدورها تسبب السكتات الدماغية. بالإضافة إلى ذلك ، تسبب هذه السلالة تراكم السوائل (لأن الكلى لا تعمل) ، مما يؤدي إلى وذمة حول الرئتين والساقين والذراعين. هذه الزيادة في تراكم السوائل خاصة حول الرئتين تعيق عمل القلب ، مما يؤدي إلى ارتفاع ضغط الدم. [77] [22] [78] [79] [80] [75] [76]

ممرض بكتريا قولونية (UPEC) هو أحد الأسباب الرئيسية لالتهابات المسالك البولية. [81] وهو جزء من الجراثيم الطبيعية في الأمعاء ويمكن إدخاله بعدة طرق. بالنسبة للإناث على وجه الخصوص ، فإن اتجاه المسح بعد التغوط (المسح من الخلف إلى الأمام) يمكن أن يؤدي إلى تلوث برازي للفتحات البولية التناسلية. يمكن أن يؤدي الجماع الشرجي أيضًا إلى إدخال هذه البكتيريا في الإحليل الذكري ، وفي التحول من الجماع الشرجي إلى الجماع المهبلي ، يمكن للذكور أيضًا إدخال UPEC إلى الجهاز البولي التناسلي الأنثوي.

تسمم معوي بكتريا قولونية (ETEC) هو السبب الأكثر شيوعًا لإسهال المسافرين ، مع ما يصل إلى 840 مليون حالة في جميع أنحاء العالم في البلدان النامية كل عام. تلتصق البكتيريا ، التي تنتقل عادةً من خلال الطعام الملوث أو مياه الشرب ، بالبطانة المعوية ، حيث تفرز نوعين من السموم المعوية ، مما يؤدي إلى الإسهال المائي. معدل وشدة العدوى أعلى بين الأطفال دون سن الخامسة ، بما في ذلك ما يصل إلى 380،000 حالة وفاة سنويًا. [82]

في مايو 2011 ، واحد بكتريا قولونية كانت السلالة O104: H4 موضوع انتشار بكتيري بدأ في ألمانيا. سلالات معينة من بكتريا قولونية هي سبب رئيسي للأمراض المنقولة بالغذاء. بدأ تفشي المرض عندما أصيب عدة أشخاص في ألمانيا بنزيف معوي بكتريا قولونية (EHEC) ، مما يؤدي إلى متلازمة انحلال الدم اليوريمي (HUS) ، وهي حالة طبية طارئة تتطلب علاجًا عاجلاً. لم يقتصر تفشي المرض على ألمانيا فحسب ، بل شمل أيضًا 15 دولة أخرى ، بما في ذلك مناطق في أمريكا الشمالية. [83] في 30 يونيو 2011 ، الألماني Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) أعلن (المعهد الفيدرالي لتقييم المخاطر ، وهو معهد فيدرالي تابع للوزارة الفيدرالية الألمانية للأغذية والزراعة وحماية المستهلك) أن بذور الحلبة من مصر كانت على الأرجح سبب تفشي EHEC. [84]

أظهرت بعض الدراسات عدم وجود بكتيريا E.القولونية في الفلورا المعوية للأشخاص المصابين باضطراب التمثيل الغذائي بيلة الفينيل كيتون. من المفترض أن عدم وجود هذه البكتيريا الطبيعية يضعف إنتاج الفيتامينات الرئيسية ب2 (الريبوفلافين) وك2 (ميناكينون) - فيتامينات متورطة في العديد من الأدوار الفسيولوجية للإنسان مثل الأيض الخلوي والعظمي - وبالتالي تساهم في هذا الاضطراب. [85]

فترة الحضانة تحرير

الفترة بين تناول بكتيريا STEC والشعور بالمرض تسمى "فترة الحضانة". عادة ما تكون فترة الحضانة من 3 إلى 4 أيام بعد التعرض ، ولكن قد تكون قصيرة مثل يوم واحد أو حتى 10 أيام. غالبًا ما تبدأ الأعراض ببطء مع ألم خفيف في البطن أو إسهال غير دموي يزداد سوءًا على مدار عدة أيام. إذا حدث ذلك ، فإنه يتطور في المتوسط ​​بعد 7 أيام من ظهور الأعراض الأولى ، عندما يتحسن الإسهال. [86]

تحرير التشخيص

يتم إجراء تشخيص الإسهال المعدي وتحديد مقاومة مضادات الميكروبات باستخدام مزرعة البراز مع اختبار حساسية المضادات الحيوية اللاحقة. يتطلب الأمر يومين على الأقل وعدة أسابيع كحد أقصى لاستنبات مسببات الأمراض المعدية المعوية. تختلف معدلات الحساسية (الإيجابية الحقيقية) والنوعية (السلبية الحقيقية) لزراعة البراز حسب العامل الممرض ، على الرغم من أنه لا يمكن استزراع عدد من مسببات الأمراض البشرية. بالنسبة للعينات إيجابية الزرع ، يستغرق اختبار مقاومة مضادات الميكروبات 12-24 ساعة إضافية.

يمكن أن تحدد الاختبارات التشخيصية الجزيئية لنقطة الرعاية الحالية بكتريا قولونية ومقاومة مضادات الميكروبات في السلالات المحددة أسرع بكثير من اختبار الثقافة والحساسية. يمكن للمنصات القائمة على ميكروأري تحديد سلالات ممرضة معينة من بكتريا قولونية و بكتريا قولونية- جينات مقاومة مضادات الميكروبات النوعية في غضون ساعتين أو أقل مع حساسية وخصوصية عالية ، لكن حجم لوحة الاختبار (أي مجموع الجينات المسببة للأمراض ومقاومة مضادات الميكروبات) محدود. يتم حاليًا تطوير منصات جديدة لتشخيص الأمراض المعدية القائمة على الميتاجينوميات للتغلب على القيود المختلفة للثقافة وجميع تقنيات التشخيص الجزيئي المتاحة حاليًا.

تحرير العلاج

الدعامة الأساسية للعلاج هي تقييم الجفاف واستبدال السوائل والكهارل. ثبت أن إعطاء المضادات الحيوية يقصر من مسار المرض ومدة إفراز السموم المعوية بكتريا قولونية (ETEC) في البالغين في المناطق الموبوءة وفي إسهال المسافر ، على الرغم من أن معدل مقاومة المضادات الحيوية شائعة الاستخدام في ازدياد ولا يوصى بها بشكل عام. [87] يعتمد المضاد الحيوي المستخدم على أنماط الحساسية في منطقة جغرافية معينة. حاليًا ، المضادات الحيوية المختارة هي الفلوروكينولونات أو أزيثروميسين ، مع ظهور دور للريفاكسيمين. ريفاكسيمين الفموي ، أحد مشتقات ريفاميسين شبه الاصطناعية ، هو مضاد جرثومي فعال وجيد التحمل لإدارة البالغين المصابين بإسهال المسافرين غير الغازي. كان ريفاكسيمين أكثر فعالية من الدواء الوهمي ولم يكن أقل فعالية من سيبروفلوكساسين في تقليل مدة الإسهال. في حين أن ريفاكسيمين فعال في المرضى الذين يعانون من بكتريا قولونية- الإسهال السائد للمسافرين ، ويبدو أنه غير فعال في المرضى المصابين بالالتهابات أو مسببات الأمراض المعوية الغازية. [88]

منع التحرير

ETEC هو نوع بكتريا قولونية التي تركز عليها معظم جهود تطوير اللقاح. توفر الأجسام المضادة ضد LT و CFs الرئيسية لـ ETEC الحماية ضد CFs المتجانسة المنتجة LT و ETEC. تم تطوير لقاحات معطلة عن طريق الفم تتكون من مستضد السم وخلايا كاملة ، أي لقاح الكوليرا B المأشوب المرخص له (rCTB) - لقاح الكوليرا Dukoral. لا يوجد حاليًا لقاحات مرخصة لـ ETEC ، على الرغم من أن العديد منها في مراحل مختلفة من التطوير. [89] في تجارب مختلفة ، قدم لقاح الكوليرا rCTB-WC حماية عالية (85-100٪) قصيرة المدى. لقاح ETEC عن طريق الفم مرشح يتكون من rCTB والفورمالين المعطل بكتريا قولونية أظهرت التجارب السريرية أن البكتيريا التي تعبر عن التليف الكيسي الرئيسي هي آمنة ومناعة وفعالة ضد الإسهال الحاد لدى المسافرين الأمريكيين ولكن ليس ضد إسهال ETEC عند الأطفال الصغار في مصر. لقاح ETEC معدل يتكون من المؤتلف بكتريا قولونية تخضع السلالات التي تفرط في التعبير عن CFs الرئيسية وتوكسويد هجين يشبه LT أكثر يسمى LCTBA ، لاختبارات سريرية. [90] [91]

طرق الوقاية الأخرى المثبتة ل بكتريا قولونية يشمل انتقال العدوى غسل اليدين وتحسين الصرف الصحي ومياه الشرب ، حيث يحدث الانتقال من خلال التلوث البرازي لإمدادات الغذاء والمياه. بالإضافة إلى ذلك ، فإن طهي اللحوم جيدًا وتجنب استهلاك المشروبات النيئة وغير المبسترة ، مثل العصائر والحليب هي طرق أخرى مثبتة لمنع بكتريا قولونية. أخيرًا ، تجنب تلوث الأواني وأماكن العمل عند إعداد الطعام. [92]

بسبب تاريخها الطويل في الثقافة المخبرية وسهولة التلاعب بها ، بكتريا قولونية يلعب دورًا مهمًا في الهندسة البيولوجية الحديثة وعلم الأحياء الدقيقة الصناعي. [93] عمل ستانلي نورمان كوهين وهربرت بوير في بكتريا قولونيةأصبح استخدام البلازميدات والإنزيمات المقيدة لتكوين الحمض النووي المؤتلف أساسًا للتكنولوجيا الحيوية. [94]

بكتريا قولونية هو مضيف متعدد الاستخدامات للغاية لإنتاج البروتينات غير المتجانسة ، [95] وقد تم تطوير أنظمة مختلفة لتعبير البروتين والتي تسمح بإنتاج البروتينات المؤتلفة في بكتريا قولونية. يمكن للباحثين إدخال الجينات في الميكروبات باستخدام البلازميدات التي تسمح بمستوى عالٍ من التعبير عن البروتين ، وقد يتم إنتاج هذا البروتين بكميات كبيرة في عمليات التخمير الصناعية. كان التلاعب من أولى التطبيقات المفيدة لتقنية الحمض النووي المؤتلف بكتريا قولونية لإنتاج الأنسولين البشري. [96]

اعتقدت العديد من البروتينات سابقًا أنه من الصعب أو المستحيل التعبير عنها بكتريا قولونية في شكل مطوي تم التعبير عنه بنجاح في بكتريا قولونية. على سبيل المثال ، يمكن إنتاج البروتينات التي تحتوي على روابط ثنائية كبريتيد متعددة في الفضاء المحيط بالبلازما أو في سيتوبلازم الطفرات المؤكسدة بدرجة كافية للسماح بتكوين روابط ثاني كبريتيد ، [97] في حين أن البروتينات التي تتطلب تعديلًا لاحقًا للترجمة مثل الارتباط بالجليكوزيل لتحقيق الاستقرار أو الوظيفة تم التعبير عنها باستخدام نظام الارتباط بالجليكوزيل المرتبط بـ N لـ العطيفة الصائمية هندسيا في بكتريا قولونية. [98] [99] [100]

المعدل بكتريا قولونية تم استخدام الخلايا في تطوير اللقاح والمعالجة الحيوية وإنتاج الوقود الحيوي [101] والإضاءة وإنتاج الإنزيمات المعطلة. [95] [102]

سلالة K-12 هو شكل متحور من بكتريا قولونية التي تفرط في التعبير عن إنزيم الفوسفاتيز القلوي (ALP). [103] تنشأ الطفرة بسبب خلل في الجين الذي يرمز باستمرار للإنزيم. يقال إن الجين الذي ينتج منتجًا دون أي تثبيط له نشاط تكويني. يتم استخدام هذا الشكل المتحور الخاص لعزل وتنقية الإنزيم المذكور أعلاه. [103]

سلالة OP50 من الإشريكية القولونية يستخدم لصيانة أنواع معينة انيقة الثقافات.

سلالة JM109 هو شكل متحور من بكتريا قولونية هذا هو recA و endA ناقص. يمكن استخدام السلالة للفحص الأزرق / الأبيض عندما تحمل الخلايا عامل الخصوبة episome [104] نقص recA يقلل من إمكانية تقييد غير مرغوب فيه للحمض النووي موضع الاهتمام ونقص تحلل DNA البلازميد الذي يمنع endA. وبالتالي ، فإن JM109 مفيد لأنظمة الاستنساخ والتعبير.

نموذج الكائن تحرير

بكتريا قولونية كثيرا ما يستخدم ككائن حي نموذجي في دراسات علم الأحياء الدقيقة. السلالات المزروعة (مثل بكتريا قولونية K12) تتكيف جيدًا مع بيئة المختبر ، وعلى عكس السلالات البرية ، فقد قدرتها على النمو في الأمعاء. تفقد العديد من السلالات المختبرية قدرتها على تكوين الأغشية الحيوية. [105] [106] تحمي هذه الميزات السلالات البرية من الأجسام المضادة والهجمات الكيميائية الأخرى ، ولكنها تتطلب إنفاقًا كبيرًا من موارد الطاقة والمواد. بكتريا قولونية غالبًا ما يستخدم ككائن حي دقيق تمثيلي في البحث عن طرق جديدة لمعالجة المياه وتعقيمها ، بما في ذلك التحفيز الضوئي. من خلال طرق عد الألواح القياسية ، بعد التخفيفات المتسلسلة ، والنمو على ألواح هلام أجار ، يمكن تقييم تركيز الكائنات الحية أو وحدات تشكيل المستعمرات ، في حجم معروف من المياه المعالجة ، مما يسمح بالتقييم المقارن لأداء المواد. [107]

في عام 1946 ، وصف جوشوا ليدربيرج وإدوارد تاتوم الظاهرة المعروفة باسم الاقتران البكتيري باستخدام بكتريا قولونية كنموذج للبكتيريا ، [108] ويظل النموذج الأساسي لدراسة الاقتران. [109] بكتريا قولونية كانت جزءًا لا يتجزأ من التجارب الأولى لفهم وراثة العاثيات ، [110] واستخدم الباحثون الأوائل ، مثل سيمور بينزر بكتريا قولونية والعاثية T4 لفهم تضاريس بنية الجينات. [111] قبل بحث Benzer ، لم يكن معروفًا ما إذا كان الجين عبارة عن بنية خطية ، أو ما إذا كان له نمط متفرع. [112]

بكتريا قولونية كانت واحدة من أولى الكائنات الحية التي تسلسل جينومها الجينوم الكامل لـ بكتريا قولونية تم نشر K12 بواسطة علم في عام 1997 [55]

من عام 2002 إلى عام 2010 ، أنشأ فريق في الأكاديمية المجرية للعلوم سلالة من الإشريكية القولونية تسمى MDS42 ، والتي تباع الآن بواسطة Scarab Genomics of Madison ، ويسكونسن تحت اسم "Clean Genome. E.coli" ، [113] حيث كان 15٪ من جينوم السلالة الأبوية (E. coli K-12 MG1655) تمت إزالتها للمساعدة في كفاءة البيولوجيا الجزيئية ، وإزالة عناصر IS والجينات الخادعة والعاثيات ، مما يؤدي إلى صيانة أفضل للجينات السامة المشفرة بالبلازميد ، والتي غالبًا ما يتم تثبيطها بواسطة الينقولات. [114] [115] [116] لم يتم تغيير الكيمياء الحيوية وآلية النسخ المتماثل.

من خلال تقييم التركيبة المحتملة لتقنيات النانو مع بيئة المناظر الطبيعية ، يمكن إنشاء مناظر طبيعية معقدة للموائل بتفاصيل على المستوى النانوي. [117] على مثل هذه النظم البيئية الاصطناعية ، والتجارب التطورية مع بكتريا قولونية تم إجراؤها لدراسة الفيزياء الحيوية المكانية للتكيف في الجغرافيا الحيوية للجزيرة على الرقاقة.

كما يتم إجراء الدراسات في محاولة للبرمجة بكتريا قولونية لحل مسائل الرياضيات المعقدة ، مثل مشكلة مسار هاميلتوني. [118]

في دراسات أخرى ، غير مسببة للأمراض بكتريا قولونية تم استخدام الكائنات الحية الدقيقة كنموذج لفهم تأثيرات محاكاة الجاذبية الصغرى (على الأرض) على نفسه. [119] [120]

في عام 1885 ، اكتشف طبيب الأطفال الألماني النمساوي ثيودور إيشيريش هذا الكائن الحي في براز الأفراد الأصحاء. دعاها كومونة البكتيريا القولونية لأنه يوجد في القولون. وضعت التصنيفات المبكرة لدائيات النوى هذه في حفنة من الأجناس بناءً على شكلها وحركتها (في ذلك الوقت كان تصنيف إرنست هيجل للبكتيريا في المملكة مونيرا في مكانه الصحيح). [91] [121] [122]

البكتيريا القولونية كان نوع الأنواع من الجنس غير الصالح الآن البكتيريا عندما تم الكشف عن أن النوع السابق من الأنواع ("ثلاثية البكتيريا") مفقودًا. [123] بعد مراجعة البكتيريا، تم إعادة تصنيفها على أنها بكتيريا Bacillus coli بواسطة Migula في عام 1895 [124] وأعيد تصنيفها لاحقًا في الجنس الذي تم إنشاؤه حديثًا الإشريكية، سميت على اسم مكتشفها الأصلي. [125]

في عام 1996 ، كان أسوأ اندلاع في العالم حتى الآن بكتريا قولونية حدث تسمم غذائي في Wishaw ، اسكتلندا ، مما أسفر عن مقتل 21 شخصًا. [126] تم تجاوز عدد القتلى هذا في عام 2011 ، عندما تسبب تفشي الإشريكية القولونية O104: H4 في ألمانيا عام 2011 ، المرتبط براعم الحلبة العضوية ، في مقتل 53 شخصًا.


ما الذي يجعل الإشريكية القولونية عبارة عن بكتريا قولونية أو نمط وراثي أو نمط ظاهري؟ - مادة الاحياء

1) 36 نقطة . قسم الإجابات القصيرة.

(أ) 4 قروش ما المقصود باللينقول المساعد أو الفيروس المساعد؟

يوفر العنصر المساعد وظيفة يحتاجها العنصر المعيب من أجل التغيير أو النمو. على سبيل المثال ، لم تعد عناصر P-Trap تحمل المحسن وتتطلب مساعدًا لتوفير الإنزيم. وبالمثل ، تحتاج الفيروسات القهقرية المعيبة إلى فيروس مساعد لتوفير الوظيفة الفيروسية المفقودة

(ب) 4 قروش ما هي البروتينات التي تشكل مستقبلات فيروس نقص المناعة البشرية؟

تشكل بروتينات CD4 و CCR-5 معًا مستقبل فيروس نقص المناعة البشرية الأساسي. في وقت متأخر من الإصابة ، تتعرف فيروسات M-trophic على مستقبل مؤلف من CD4 و CXCR-4.

(ج) 8 قروش حدد ما إذا كان أفضل ما ينطبق على ما يلي الإشريكية القولونية لاك أو الخميرة فتاه التنظيم ، أو ما إذا كانت قابلة للتطبيق على قدم المساواة.

(أنا ) المحرض يعطل القامع ، مما يسمح للمنشط بالعمل.

ينطبق على كليهما. في لاك ، المحرض يثبط نشاط LacI و CAP-cAMP يمكن أن يحفز النسخ. في الخميرة فتاه النظام ، المحرض يعطل GAL80 ويكشف مجال تنشيط GAL4 ونسخ فتاه الجينات تحدث.

(ثانيا ) يمكن للطفرات في المنشط تجاوز تأثير طفرات القامع غير القابلة للتحقيق.

ينطبق على الخميرة فتاه . ستعمل منشطات GAL4 التي لا يمكنها ربط إصدار غير قابل للتحفيز من GAL80 على التعبير عن ملف فتاه الجينات. ان بكتريا قولونية سيظل قمع CAP * mutant

بواسطة مكبّر I S.
(د)
6 قروش توقع نمط تعبير لاك أوبرون في بكتريا قولونية merodiploid مع النمط الجيني lacI Q / lacI -d. اشرح اجابتك.

سيكون الضغط محرضًا. lacI -d هي طفرة سلبية سائدة تعمل كوحدة فرعية سامة في رباعي الكابح مما يؤدي إلى التعبير التأسيسي حتى في حالة وجود وحدات فرعية من النوع البري. لكن، أنا س ينتج 10-20 ضعف الكمية العادية من المكبّر من النوع البري ، مما يعني أن غالبية جزيئات الكابح في خلية Merodiploid IQ / I-d ستتكون من وحدات فرعية من النوع البري ، وبالتالي تكون قادرة على ربط الحمض النووي ويتم تحفيزها بواسطة IPTG.

(هـ) 8 قروش حددت مصيدة المحسن 5 خطوط ذبابة مستقلة تعبر عن & szlig-galactosidase في القصبة الهوائية النامية ، أو أنابيب التنفس ، من الذبابة. جميع خطوط فخ المحسنات الخمسة قابلة للحياة عندما تكون متماثلة اللواقح ، ولا تسبب عيوبًا في القصبة الهوائية. اشرح ما يمكنك فعله لتحديد ما إذا كان أي من خطوط فخ المحسن يؤثر على جين مهم لوظيفة القصبة الهوائية أو تطورها.

من المحتمل ألا يكون أي من إدخال P قد عطّل الجين. لمعرفة ما إذا كانت الجينات مهمة لوظيفة القصبة الهوائية يحتاج المرء إلى إحداث طفرات فقدان الوظيفة. يمكن القيام بذلك عن طريق فحص عمليات الاستئصال غير الدقيقة ، أو مشتقات الحذف التي يسببها عنصر P لهذه الجينات. يمكن القيام بذلك عن طريق تعريض الذباب لمصدر ترانسبوزيز ثم البحث عن المعابر ذات العيون البيضاء والغير معبرة. تم فحص هذه canb e بواسطة النشاف الجنوبي لمعرفة ما إذا كان الجين قد تم حذفه عن طريق الختان غير الدقيق. بمجرد عزل الحذف لجين معين ، يمكن جعل الذباب متماثل الزيجوت للحذف وفحص أنماطها الظاهرية. إذا كان الجين مهمًا للبقاء الذباب متماثل اللواقح فإن عمليات الحذف التي يسببها P لن تنجو أو لن تتطور إلى القصبة الهوائية الطبيعية.

(F) 6 قروش اقترح طريقتين يمكن من خلالها تحويل الجين الورمي الأولي إلى أحد مكونات الورم النشطة.

يمكن تنشيط الجين البروتوني بواسطة طفرة نقطية مثل تلك التي تجعل Ras kinase نشطًا بشكل أساسي.

هناك طريقة أخرى تتمثل في تغيير تعبير الجين الورمي. يمكن أن يتسبب النسخ غير المنظم للفطريات الفطرية بسبب اندماج الجين ومحفزه إلى مُحسِّن جديد في التعبير التأسيسي عالي المستوى لمنشط دورة الخلية هذا.

2) 15 نقطة ال pheR100 ينتج عن الحذف التعبير التأسيسي لـ phe أوبرون ( pheRABCD) افتراضي عصية . الحمض النووي من سلالة من النوع البري pheR + والحمض النووي من pheR100 تم عزل المسوخ المستخدم في في المختبر نظام النسخ الذي يحتوي فقط على بوليميراز RNA المنقى ، والحمض النووي ، و rNTPs. تم الحصول على النتائج التالية:

المقدار النسبي من pheABCD

أ) نتائج هذه التجربة والنمط الظاهري في الجسم الحي pheR100 يجادل ضد وجود ملف phe أوبرون القامع. لماذا ا؟

نظرًا لعدم وجود بروتين مثبط في نظام المختبر ، يجب ألا يكون هناك قمع لأي من النموذجين. كل من النوع البري والحذف pheR100 يجب أن يتم التعبير عن الحمض النووي بشكل متساوٍ لأن المشغل سيكون غير مرتبط في حالة النوع البري أو غائب في حالة الحذف.

ب) تجادل النتائج أيضًا ضد وجود بروتين منشط إيجابي. لماذا ا؟

نظرًا لأن النظام المختبر لا يحتوي على بروتين المنشط ، يتوقع المرء تعبيرًا منخفض المستوى لكلا النموذجين. بالنسبة للنوع البري ، يكون موقع الربط موجودًا ، ولكنه غير مشغول. بالنسبة للمتحول ، فإن الموقع مفقود وغير مشغول.

ج) بناءً على ما تعرفه عن تنظيم الجينات في بكتريا قولونية، اقتراح نوع الموقع الذي تمت إزالته بواسطة pheR100 طفره.

يبدو أن شيئًا ما يعمل كحاجز للنسخ في النوع البري وأن حذف pheR100 يزيل الحاجز. يشير هذا إلى أن الموقع من المحتمل أن يكون فاصل نسخ أو مخفف.

3 ) 16 نقطة . جينات إصلاح الحمض النووي SOS في بكتريا قولونية سلبًا من خلال منتج ليكسا الجين ، المسمى LexA repressor. عندما تتعرض الخلية لأضرار جسيمة في حمضها النووي ، يتم تعطيل مثبط LexA ويزداد نسخ جينات SOS بشكل كبير.


أحد جينات SOS هو الأشعة فوق البنفسجية . أنت تعزل سلالة بالتعبير التأسيسي لـ الأشعة فوق البنفسجية البروتين واسم الطفرة الأشعة فوق البنفسجية (يخدع). الموضح أدناه هو رسم تخطيطي لـ الأشعة فوق البنفسجية و ليكسا الجينات.

(أ) وصف طفرتين مختلفتين من شأنها أن تؤدي إلى أ الأشعة فوق البنفسجية النمط الظاهري التأسيسي.

الطفرات المعطلة ليكسا يجب أن يؤدي إلى التأسيسية الأشعة فوق البنفسجية النمط الظاهري مثل الأشعة فوق البنفسجية لن يتم قمع الجين بعد الآن. الطفرات في الأشعة فوق البنفسجية المشغل يجب أن يسبب التأسيسي الأشعة فوق البنفسجية النمط الظاهري لأنها تمنع ارتباط LexA.

(ب) حدد مخططًا لتجربة تسمح لك بتحديد أي من الطفرتين قمت بعزلهما.

اصنع ثنائي الصبغة الجزئي مع الطفرة التأسيسية والنوع البري ليكسا و الأشعة فوق البنفسجية الجينات. لو ليكسا متحور ، يجب أن يكون طفرة متنحية و الأشعة فوق البنفسجية سيتم قمعه وتحريضه عن طريق تلف الحمض النووي. إذا كانت الطفرة في الأشعة فوق البنفسجية المشغل أو العامل، الأشعة فوق البنفسجية سيظل يتم التعبير عنها بشكل أساسي ، حيث لن تقوم LexA بربط النسخة الطافرة من الجين.

يمكن للمرء أيضًا فحص ما إذا كانت جينات SOS الأخرى مستحثة في سلالة uvrA (con). إذا كان الأمر كذلك ، فهذا يعني ذلك ليكسا متحولة ، مثل رابطة الدول المستقلة الأشعة فوق البنفسجية يجب أن تؤثر طفرة عامل التشغيل فقط على الجينات في الأشعة فوق البنفسجية أوبرون. إذا كان يبدو أنه يؤثر ليكسا ، يجب على المرء تأكيد هذه النتيجة من خلال إظهار أن أليل uvrA (con) متنحي لـ ليكسا + ، لاستبعاد احتمال نشوء المؤسس من طفرة أخرى ، أي طفرة تعبر بشكل أساسي عن الإشارة المحرضة. هذه الطفرات موجودة ومعروفة باسم recA * .

4) 33 نقطة . تم تحديد مستقبل هرمون الستيرويد (TaxR) مؤخرًا. يستجيب المستقبل لمستوى هرمون القلق الاختباري المنتشر في الدم ويتوسط مجموعة متنوعة من الاستجابات البيولوجية التي تتراوح من ارتعاش العضلات إلى القمع الكامل لوظيفة الدماغ.

عن طريق القياس ، يُشتبه في احتواء TaxR على أربعة مجالات بروتينية مختلفة: موقع ارتباط بالهرمونات ، ومنطقة تتفاعل مع بروتين hsp90 ، ومجال ربط الحمض النووي ، ومنطقة تنظيم النسخ. لتعيين مجالات البروتين TaxR مجموعة متنوعة من الضريبة تم إنشاء طفرات الحذف باستخدام تقنيات الحمض النووي المؤتلف. هؤلاء الضريبة تم تحليل المسوخ في خلايا الثدييات المستزرعة التي تحمل lacZ + الجين المراسل الذي تم التحكم في تعبيره بواسطة أربعة تسلسلات TRE (TRE =تيهرمون القلق صeceptor هlement).

لمراقبة موقع داخل الخلايا ، المتحولة الضريبة تم دمج الجينات في جين يشفر بروتينًا يسمى GFP (البروتين الفلوري الأخضر). GFP متوهج بشكل طبيعي - أي أن البروتين يضيء باللون الأخضر اللامع عند تحفيزه بالضوء.

تم تحويل مشتقات Tax-R إلى خلايا ومعايرة مع أو بدون هرمون اختبار القلق. يتم عرض نتائج البروتين من النوع البري ولدمج TaxR-GFP كامل الطول:

يتم تصنيف مجالات TaxR من 1 إلى 4. يظهر بروتين GFP باللون الرمادي. تكون الخلايا والأنوية الفلورية رمادية اللون. يشير اللون الأبيض إلى عدم وجود الفلورة.

(أ) 6 قروش هل النتائج متوافقة مع تلك التي تم الحصول عليها لمستقبلات هرمون الستيرويد الأخرى؟ موجز اشرح لماذا أو لم لا.

نعم ، يعتبر بروتين TaxR حشويًا وغير نشط ما لم يكن الهرمون موجودًا.استجابةً لهرمون TaxR يدخل النواة وينشط النسخ. هذا هو بالضبط التأثير الملحوظ مع مستقبلات الجلوكوكورتيكويد.

4 ب) 15 قرش . لكل من بروتينات TaxR-GFP المخططة أدناه افترض: 1) أن المنطقة 1 هي المجال التنظيمي للنسخ ، 2) تلك المنطقة 2 تحتوي على مجال ربط الحمض النووي ، 3) تلك المنطقة 3 تتفاعل مع بروتين hsp90 ، و 4) تلك المنطقة 4 يربط اختبار هرمون القلق.

املأ النتائج المتوقعة لمقايسات نشاط مضان الخلية و szlig-gal مع الأخذ في الاعتبار الافتراضات المذكورة أعلاه. اشرح بإيجاز إجاباتك في المساحة الموجودة على يمين كل رسم.


4 ج) 12 نقطة. من المثير للدهشة أن TaxR يبدو أنه لا يتفاعل مع بروتين hsp90. وبدلاً من ذلك ، تشير البيانات إلى أنه يتفاعل مع بروتين غير معروف يُعتقد أنه يعمل بشكل مشابه لـ hsp90.

اقترح تجربة تسمح لك بتحديد نظير hsp90 المتفاعل مع TaxR واستنساخ cDNA الذي يشفر هذا البروتين. يستخدم الكثيرون أي أسلوب معقول من النصوص أو المحاضرة أو تجربتك الخاصة. يجب أن تقدم إجابتك تفاصيل كافية لإثبات أنك تفهم الاستراتيجية والتقنيات التي تستخدمها.

استخدم النظام ثنائي الهجين لفحص مكتبة cDNA للعثور على الحيوانات المستنسخة التي تتفاعل مع المجال 3 من TaxR. (يجب عليك استخدام المجال 3 حتى لا تستعيد البروتينات التي ترتبط بمجالات أخرى من TaxR.)

أولاً ، قم بدمج المجال 3 من TaxR و ليكسا مجال ربط الحمض النووي.

ثانيًا ، قم بإنشاء مكتبة cDNA عشوائية مدمجة في مجال تنشيط GAL4. يجب أن تكون المكتبة مصنوعة من mRNA من الأنسجة المعروفة للتعبير عن البروتين المتفاعل السيتوبلازمي. بالنظر إلى بيولوجيا الاستجابة ، سيكون الاختيار الجيد هو مكتبة مصنوعة من دماغ الطالب مع الحد الأدنى من استجابة القلق من الاختبار.

أدخل بلازميد lexA-domain3 وبلازميدات المكتبة في سلالة تحمل a لاكز الجين مع الحد الأدنى من المروج ومتعدد ليكسا مواقع المشغل.

حدد لـ لاكز التعبير الذي يشير إلى تفاعل البروتين البروتين بين المجال 3 والبلازميد المكتبة.

كما هو موضح في الرسم ، يجب أن تحفز البروتينات التي تتفاعل مع المجال 3 فقط التعبير عن لاكز .

لعزل استنساخ (كدنا) ببساطة تنقية الضغط معربا لاكز وعزل البلازميد المكتبة.

رصيد إضافي . 6 قروش . لقد قمت بعزل إدخال Tn10 فقط في اتجاه المنبع من النوع البري له أوبرون اتباع البروتوكول المبين في المحاضرة. قد ترغب في استخدام Tn10 هذا لتقديم ملف له - طفرة (تسببها طفرة هراء في له زعيم الببتيد) في مجموعة متنوعة من السلالات مع انخفاض الحمض الريبي النووي النقال وظيفته ، أي. hisS، hisT، hisU، hisR لمعرفة تأثير هذه الطفرات على التعبير عن له أوبرون يحمل زعيم طفرة الببتيد.

اشرح كيف ستفعل هذا.

تحويل له - سلالة ل تيت ر . يسجل تيت ر محولات له - النمط الظاهري عن طريق تصفيح المحولات على الوسائط مع وبدون الهيستيدين .. معظمها سيكون له + لأن Tn10 مرتبط ارتباطًا وثيقًا ولكن تلك التي هي tet R ، له - الآن لديك Tn10 tighlty المرتبطة بـ له - طفره. ستعمل هذه السلالة الآن كمانح.

تنمو العاثية تحويل على الجديد tet R له - المتبرع وتحويل كل من السلالات المتلقية همسة , هيس تي ، وما إلى ذلك تيت ر . سيحمل كل هؤلاء تقريبًا له - طفره.

سجل الآن النمط الظاهري له للعديد من المحولات الناتجة لاختبار التفاعل بين وظيفة الحمض الريبي النووي النقال المعدلة وطفرة ببتيد القائد المتغيرة.


العلاج بمضادات الميكروبات

الأدوية المختارة

على الرغم من الاتجاهات المقلقة في مقاومة مضادات الميكروبات بين بكتريا قولونية في جميع أنحاء العالم ، يوفر مخزون متزايد من العوامل المضادة للميكروبات خيارات متعددة للعلاج بكتريا قولونية الالتهابات. ومن المفارقات ، أن هذه العوامل الجديدة متاحة بسهولة وبأسعار معقولة في الدول المتقدمة حيث بكتريا قولونية المقاومة مشكلة أقل ، مقارنة بالعالم النامي. كما هو الحال مع Enterobacteriaceae الأخرى ، حيثما ومتى كان ذلك متاحًا ، يجب أن يوجه اختبار مضادات الميكروبات للسلالة المعدية العلاج. في حالات أخرى ، تكون معرفة أنماط الحساسية المحلية الحديثة مفيدة لتوجيه العلاج. بشكل عام ، يوصى باستخدام العلاج الأحادي باستخدام تريميثوبريم - سلفاميثوكسازول ، أو أمينوغليكوزيد ، أو السيفالوسبورين ، أو الفلوروكينولونات كعلاج مفضل لمعظم أنواع العدوى المعروفة التي تصيب بكتريا قولونية، على الرغم من أن العديد من العوامل واسعة الطيف (مثل تركيبات مثبطات بيتا لاكتام / بيتا لاكتاماز والكاربابينيمات) تظل نشطة للغاية.

علاج الالتهابات بسبب متعدد المقاومة بكتريا قولونية

إن وجود ESBLs و AmpC b-lactamases يعقد اختيار المضادات الحيوية خاصة في المرضى الذين يعانون من التهابات خطيرة مثل تجرثم الدم. والسبب في ذلك هو أن هذه البكتيريا غالبًا ما تكون متعددة المقاومة لمختلف المضادات الحيوية ، ومن السمات المثيرة للاهتمام للعزلات المنتجة لـ CTX-M هي المقاومة المشتركة للفلوروكينولونات (84). المضادات الحيوية التي تُستخدم بانتظام للعلاج التجريبي للعدوى الخطيرة التي تحدث في المجتمع ، مثل الجيل الثالث من السيفالوسبورينات أو الفلوروكينولونات ، غالبًا ما تكون غير فعالة ضد ESBL و / البكتيريا المنتجة للأمب. هذه المقاومة المتعددة للأدوية لها آثار كبيرة على اختيار نظم العلاج التجريبية المناسبة. يوصف العلاج التجريبي في الوقت الذي يتم فيه تشخيص العدوى سريريًا أثناء انتظار نتائج الثقافات وملامح الحساسية المضادة للميكروبات. أظهرت دراسات متعددة في مجموعة واسعة من الأماكن والمتلازمات السريرية والكائنات الحية أن الفشل أو التأخير في العلاج المناسب يؤدي إلى نتيجة وفيات سلبية. وينطبق هذا أيضًا على الالتهابات التي تسببها البكتيريا المنتجة لـ ESBL (92). يتمثل التحدي الرئيسي عند اختيار نظام تجريبي في اختيار عامل له نشاط كافٍ ضد الكائن (الكائنات) المُعدية. يجب أن تكون اختيارات المضادات الحيوية التجريبية فردية بناءً على المضادات الحيوية المؤسسية التي تميل إلى أن تكون مختلفة تمامًا من مستشفى إلى آخر ومن مدينة إلى مدينة ومن بلد إلى آخر.

يُنظر إلى الكاربابينيمات على نطاق واسع على أنها الأدوية المفضلة للعلاج التجريبي للعدوى الشديدة بسبب إنتاج AmpC و ESBL بكتريا قولونية (81). من المعقول أن نقترح أنه يجب استخدام الإرتابينيم في حالات العدوى الخطيرة التي تحدث في المجتمع في الحالات التي يُشتبه في أن تكون العزلات المنتجة للـ ESBL هي المصدر (80). قد يشمل ذلك المريض الذي يعاني من عوامل الخطر التالية (89) عدوى المسالك البولية المتكررة ، وأمراض الكلى الكامنة ، والإعطاء الأخير للمضادات الحيوية السابقة (بما في ذلك السيفالوسبورينات والفلوروكينولونات) ، والاستشفاء السابق ، والمقيمين في دار رعاية المسنين ، وكبار السن من الذكور ، ومرض السكري ، وأمراض الكبد الكامنة والحديثة الدولية. السفر إلى المناطق عالية الخطورة (مثل شبه القارة الهندية) (54). قد يكون Imipenem أو Meropenem أو doripenem أكثر ملاءمة للعلاج التجريبي للعدوى الخطيرة التي تظهر في المستشفى في الحالات التي يُشتبه في أن تكون العزلات المنتجة لـ ESBL هي المصدر (80). تشير البيانات الموجودة في الغالب من إسبانيا إلى أن البيبيراسيلين-تازوباكتام قد يكون عاملًا مفيدًا لعلاج بعض العدوى بمسببات الأمراض المنتجة لـ ESBL (88). ومع ذلك ، في الوقت الحالي ، يجب تفسير هذه التوصية المحتملة بحذر ، لأنها تستند إلى قاعدة بيانات صغيرة نسبيًا من المعلومات. استنتاجات نهائية بشأن فعالية البيبراسيلين-تازوباكتام لعلاج الالتهابات التي تسببها بكتريا قولونية التي تنتج ESBLs يجب أن تنتظر تجارب سريرية عشوائية واسعة النطاق ومستقبلية.

تظهر العوامل التي تؤخذ عن طريق الفم مثل النيتروفوراتون والفوسفوميسين بشكل جيد في المختبر نشاط ضد إنتاج ESBL و AmpC من مناطق مختلفة من العالم وهي خيارات مناسبة للعلاج التجريبي لعدوى المسالك البولية السفلية غير المعقدة (80). ومع ذلك ، من المهم للممارسين الطبيين معرفة معدلات الحساسية المحلية للنيترو فوراتوين ضد هذه البكتيريا متعددة المقاومة ، حيث تم الإبلاغ عن معدلات مقاومة عالية في مناطق معينة.

العوامل الأخرى مثل تيموسيلين ، بيفميسيلينام وكوليستين تظهر بشكل جيد في المختبر النشاط ضد البكتيريا المنتجة للـ ESBL خاصة إذا كانت موجودة في بكتريا قولونية (99 ، 105). الفعالية السريرية والبكتريولوجية لـ pivmecillinam ضد عدوى المسالك البولية السفلية التي تسببها E المنتجة لـ ESBL. coli و K. pneumoniae أظهرت نشاطا سريريا جيدا ولكن معدلات الشفاء الجرثومي كانت منخفضة (98). بحثت دراسة حديثة في في المختبر نشاط تركيبة mecillinam-clavulanate ضد البكتيريا المنتجة لـ ESBL والتي أظهرت أن إضافة clavulanate أدت إلى تحسين نشاط mecillinam ، حتى في حالة وجود لقاحات بكتيرية عالية (50).

خيارات مضادات الميكروبات لعلاج الالتهابات التي تسببها بكتريا قولونية التي تنتج ESBLs ، ويتم تلخيص AmpC b-lactamases في الجدولين 4 و 5.

نظرا لطبيعة شديدة المقاومة بكتريا قولونية التي تنتج الكاربابينيماز ، فإن علاج الالتهابات التي تسببها هذه البكتيريا سيظل يمثل تحديًا للأطباء. الدراسات السريرية للعلاج بمضادات الميكروبات ونتائج المرضى المصابين بإنتاج الكاربابينيماز بكتريا قولونيةمقارنة بالمرضى المصابين بالسلالات الحساسة ، فهي محدودة للغاية وتشير إلى نتائج سريرية أسوأ للمرضى المصابين بالعدوى بسبب العزلات المقاومة (91). المضادات الحيوية مثل كوليستين وتيجيسيكلين وتيموسيللين وفوسفوميسين هي الأفضل في المختبر النشاط ضد إنتاج carbapenemase بكتريا قولونية. لسوء الحظ ، قدمت التقييمات السريرية أدلة محدودة لتحسين النتائج عند استخدام هذه العوامل (29).

علاج المتلازمات التي تسببها بكتريا قولونية

يتم إحالة القارئ إلى تلك الفصول المحددة (مثل التهابات المسالك البولية والتهابات الجهاز الهضمي).


البحث الحالي

تعمل إحدى الدراسات الحديثة على التصاق الغازية بكتريا قولونية (AIEC) التي يمكن أن تستعمر بشكل غير طبيعي الغشاء المخاطي اللفائفي لمرضى مرض كرون (CD) وتلتصق بالخلايا الظهارية المعوية لمرضى CD وغزوها. تظهر الدراسة أن هذا النوع من سلالة AIEC المرتبطة بالقرص المضغوط يمكن أن تلتصق بحد الفرشاة للخلايا المعوية اللفائفية الأولية المعزولة من مرضى القرص المضغوط. يعتمد التصاق AIEC على التعبير الشعري من النوع 1 على سطح المادة وعلى تعبير جزيء التصاق الخلية المرتبط بمستضد سرطاني مضغي 6 (CEACAM6) على السطح القمي للخلايا الظهارية اللفائفية. CEACAM6 هو مستقبل أساسي لسلالة AIEC للالتصاق بالخلايا الظهارية اللفائفية في مرضى CD. علاوة على ذلك ، تجري هذه الدراسة أيضًا تجارب في المختبر تشير إلى أن AIEC يمكن أن تعزز استعمارها في مرضى القرص المضغوط.

تركز دراسة حديثة أخرى على استكشاف المستضدات على الغشاء الخارجي لمسببات المسالك البولية بكتريا قولونية (UPEC) التي يمكن أن تسبب عدوى المسالك البولية غير المعقدة (UTI) ، علاوة على تصميم لقاح UTI لتعزيز المناعة الوقائية ضد عدوى UPEC. في هذه الحالة ، قاموا بتطبيق نهج البروتينات المناعية لتطوير اللقاح الذي تم استخدامه بنجاح لتحديد أهداف اللقاح في البكتيريا المسببة للأمراض الأخرى. يتم فصل بروتينات الغشاء الخارجي لـ UPEC من الفئران المصابة بواسطة الرحلان الكهربائي للهلام ثنائي الأبعاد ويتم تحديدها بواسطة مطياف الكتلة. ما مجموعه 23 مستضدًا لها دور معروف في التسبب في مرض UPEC ، مثل ChuA و IroN و IreA و Iha و IutA و FliC. بعد تحديد المستضدات على الغشاء الخارجي لـ UPEC ، أظهروا جسمًا مضادًا يستهدف مباشرة هذه المستضدات أثناء التهاب المسالك البولية. توضح هذه الدراسة أنه يمكن استخدام مستضدات الغشاء الخارجي المحفوظة كمرشحين منطقيين للقاح التهاب المسالك البولية. [10]

تركز دراسة حديثة أخرى على التطور الجيني لـ بكتريا قولونية سلالات O157: H7 التي تتباعد إلى سلالتين متميزتين ، السلالتين الأول والثاني ويبدو أنهما يقدمان خصائص بيئية مختلفة. ترتبط سلالات النسب الأول بشكل أكثر شيوعًا بالأمراض البشرية من النسب الثانية. يتم إجراء هذه التجربة عن طريق التهجين الجيني المقارن القائم على ميكروأري (CGH) لتحديد الاختلافات الجينية بين 31 بكتريا قولونية سلالات O157: H7 التي لها أنواع مختلفة من مقايسة تعدد الأشكال الخاصة بالنسب. من بين 31 بكتريا قولونية سلالات O157: H7 ، هناك 15 سلالة I ، 4 سلالات I / II ، و 12 سلالة سلالة II ، على التوالي. من بيانات CGH ، استنتجوا أن وجود مجموعتين فرعيتين سائدتين من الأنساب بكتريا قولونية O157: H7. يشير التركيب الجيني لهذه المجموعات الفرعية إلى أن الاختلاف الجيني ونقل الجينات الجانبي قد ساهم في تطور بكتريا قولونية. بالإضافة إلى ذلك ، قد تساهم الاختلافات الجينية بين النسب الأول والنسب الثاني في انقراض علم الأوبئة والبيئة لسلالات مختلفة من بكتريا قولونية O157: H7. [11]

تتضمن دراسة أخرى تشمل الإشريكية القولونية تفرد البكتيريا سالبة الجرام في حقيقة أن لديها غشاءين يمكن للمواد عبوره من أجل الدخول إلى الخلية أو الخروج منها. يوفر الغشاء الداخلي والغشاء الخارجي حاجزًا بارعًا للغاية في الحفاظ على التوازن. على الرغم من أن الغشاء الداخلي يتم تنشيطه ذاتيًا عن طريق القوة الدافعة للبروتون عبره ، إلا أن الغشاء الخارجي لا يتم تنشيطه ذاتيًا ، وبالتالي يجب الحصول على الطاقة لاستيراد وتصدير المواد الأساسية ، مثل الحديد الحديدي. من المعروف أن نظامي بروتين في الإشريكية القولونية ينقلان الطاقة من الغشاء الداخلي إلى الغشاء الخارجي: نظاما Ton و Tol. تمت دراسة نظام Ton ، الذي يتكون من TonB و ExbB و ExbD بشكل أفضل من نظام Tol ، الذي يتكون من TolA و TolQ و TolR. يتكون هذان النظامان من مركب حصاد للطاقة مضمن في الغشاء الداخلي للإشريكية القولونية وبروتين تنتقل إليه الطاقة والذي بدوره ينشط الغشاء الخارجي. في نظام Ton ، تشكل المضادات غير المتجانسة ExbB و ExbD معقد حصاد الطاقة الذي ينقل الطاقة إلى TonB ، والذي يخضع لتغيير تكوين ويوفر الطاقة لمجموعة متنوعة من الوظائف في الغشاء الخارجي. وبالمثل في نظام Tol ، يتم تضمين TolQ و TolR في الغشاء الداخلي كمجمع حصاد الطاقة في المضادات غير المتجانسة ونقل الطاقة إلى TolA ، والتي تخضع لتغييرات مطابقة من أجل توفير الطاقة للغشاء الخارجي. بينما ثبت أن نظام Ton متورط في نقل المواد عبر الغشاء ، فقد ثبت أن نظام Tol متورط في صيانة الغشاء الخارجي. يمكن أن يلعب البحث المستمر الذي يشمل هذين النظامين دورًا في تطوير مضادات حيوية جديدة تستهدف البكتيريا سالبة الجرام وقدرتها على تسهيل امتصاص العناصر الغذائية الأساسية ، فضلاً عن قذف المواد الضارة. [13 ، 14 ، 15 ، 16]

تم إجراء دراسة طويلة الأمد حول تطور الجينوم والتكيف مع الإشريكية القولونية. يسمح تسلسل الجينوم المقارن الذي تم إجراؤه على مجموعة تجريبية من الإشريكية القولونية بإجراء مزيد من التحقيق بين العلاقة بين تطور الجينوم والتكيف العضوي. نمت الإشريكية القولونية وأخذ عينات منها لما يقرب من 20 عامًا مع تسلسل الجينوم في الأجيال 2000 و 5000 و 10000 و 15000 و 20000 و 40.000 من السكان اللاجنسيين الذين تطوروا مع الجلوكوز كمغذٍ محدود. أظهر تسلسل الجينوم المقارن اختلافات طفرية بين الجينوم الأسلاف والمتطور تتراكم بطريقة شبه خطية ، في حين أن مسار اللياقة كان غير خطي بقوة. على وجه الخصوص ، تباطأ معدل تحسين اللياقة البدنية بمرور الوقت. لا يمكن تفسير التناقض في معدلات التطور الجينومي والتكيفي بفرضية الانجراف ، بل قد يكون التناقض بسبب التداخل النسيلي أو التكيف التعويضي أو معدلات الطفرات المتغيرة. في التداخل النسيلي ، تتفوق السلالات الفرعية ذات الطفرات الأكثر فائدة على السلالات الفرعية التي تحمل طفرات غير مفيدة. تهيمن معظم الطفرات المفيدة على المرحلة المبكرة من التطور للمجموعات السكانية الكبيرة في بيئة جديدة ، ولكن هناك المزيد من الطفرات المحتملة التي تمنح مزايا صغيرة من الطفرات الكبيرة (التكيفية). احتفظ السكان في الدراسة بمعدل طفرة أسلاف منخفض لما لا يقل عن 20000 جيل ولكن في الأجيال اللاحقة ، ومع ذلك ، أظهر هؤلاء السكان معدل مرتفع بشكل كبير من التطور الجيني عندما تم تأسيس سلالة متحولة في وقت لاحق. علاوة على ذلك ، لم تكن هناك طفرات مترادفة ثابتة في الأجيال الـ 20000 الأولى وهذا يتوافق مع معدل الطفرة النقطية المنخفض في الإشريكية القولونية والنظرية الجينية السكانية. تشير هذه النتائج إلى أنه من المهم استكشاف اقتران ديناميكي طويل المدى بين تطور الجينوم والتكيف. [17]


نتائج ومناقشة

عملية تحديث إعادة الإعمار ومحتواها

إعادة بناء الشبكة المحدثة لـ بكتريا قولونية بدأت K-12 MG1655 بـ أناشبكة AF1260b (Feist وآخرون، 2010) ، نسخة محدثة قليلاً من أناشبكة AF1260. من أجل تحديد التنبؤات النموذجية غير الصحيحة من أجل تحسين بكتريا قولونية إعادة الإعمار ، حددنا بشكل تجريبي الضرورة الشرطية لمعظم الجينات في أناطراز AF1260b. من خلال مقارنة الأنماط الظاهرية للنمو المتوقع بالقياسات ، تم العثور على أخطاء في إعادة الإعمار وتم إجراء العديد من التحديثات (الجدول التكميلي 1). لمناقشة التحديثات التي تم إجراؤها على أناAF1260b بناءً على هذه الشاشة ، انظر الشاشات المظهرية التجريبية في المعلومات التكميلية. بعد ذلك ، تم استخدام عمليات البحث في الأدب وقاعدة البيانات لإضافة الجينات والتفاعلات المميزة حديثًا منذ عام 2007. EcoCyc (Keseler وآخرون، 2009) و KEGG (Kanehisa وآخرون، 2010) على نطاق واسع لهذا الغرض. النتائج من الشاشة التجريبية الموصوفة أعلاه أدت أيضًا إلى العديد من تحديثات النموذج. بعد هذه الجولة الأولى من التحديثات ، احتوت إعادة الإعمار على 1274 جينًا. ثم تم فحص فجوات الشبكة (Orth and Palsson ، 2010) في هذا الإصدار من إعادة الإعمار باستخدام نسخة معدلة من خوارزمية GapFind (Satish Kumar وآخرون، 2007). تم تحديد جميع التفاعلات اليتيمة (ردود الفعل بدون جينات مرتبطة معروفة) في إعادة الإعمار من نموذج GPRs. تم فرز الثغرات يدويًا في النطاق والثغرات المعرفية. فجوات النطاق عبارة عن نواتج أيضية يتم حظرها في نموذج بسبب النطاق المحدود لإعادة بناء الشبكة ، ولكن لها تفاعلات إنتاج واستهلاك معروفة فعلية. توجد فجوات معرفية لأن معرفتنا بأي شبكة استقلابية غير كاملة. تم إجراء عمليات بحث في الأدبيات وقاعدة البيانات المستهدفة لكل فجوة معرفية لمحاولة تحديد أي تفاعلات أيضية معروفة مفقودة من إعادة الإعمار. واصلنا إضافة المعلومات الأيضية المنشورة حديثًا إلى إعادة الإعمار خلال عملية ملء الفراغ ، وتم تحديث إعادة الإعمار في النهاية إلى أناJO1366. اتبعت جميع عمليات التنظيم اليدوي بروتوكولًا ثابتًا (Thiele and Palsson ، 2010).

أناJO1366 يمثل توسعًا كبيرًا في بكتريا قولونية إعادة البناء ، حيث تحتوي على 1366 جينًا ، و 2251 تفاعلًا أيضيًا ، و 1136 مستقلبًا فريدًا. مقارنة بين محتوى أناJO1366 وسابقه ، أناAF1260 ، في الجدول الأول أناAF1260 ، أنايحتوي JO1366 على مجموعة واسعة من وظائف التمثيل الغذائي (الشكل 1). القوائم الكاملة للتفاعلات والمستقلبات في أنايمكن العثور على JO1366 في الجدولين التكميليين 2 و 3 ، مع قائمة بجميع المراجع المستخدمة في الجدول التكميلي 4. أناتمثل JO1366 ثلاث حجرات خلوية: السيتوبلازم ، والحيوان ، والفضاء خارج الخلية. في المجموع ، تمت إضافة 107 جينة جديدة لإعادة الإعمار ، بينما تم إضافة جين واحد prpE (b0335) ، تمت إزالته. تم تمييز معظم الجينات الجديدة المضافة منذ ذلك الحين أناتم نشر AF1260 في عام 2007 (الشكل 1 د). حقيقة أن بعض المراجع تسبق الإصدارات السابقة من بكتريا قولونية إعادة الإعمار لا تعني بالضرورة أنه تم تفويتها من قبل. بدلاً من ذلك ، نظرًا لأنه غالبًا ما يتم إضافة الجينات والتفاعلات على أساس المسار ، يتم توضيح المسارات الوظيفية الكاملة بشكل كامل بمرور الوقت من مصادر متعددة. تضيف الجينات الجديدة في الغالب مسارات وأنظمة جديدة إلى الشبكة ، لكن عددًا كبيرًا منها يملأ الفجوات وردود الفعل اليتيمة في الأنظمة الحالية (الشكل 1E). يمكن العثور على قائمة كاملة بجميع الجينات والتفاعلات والمستقلبات الجديدة والمزالة في الجدول التكميلي 5. تفاعلات الكتلة الحيوية "الأساسية" و "النوع البري" أناتم أيضًا تحديث AF1260 بتنسيق أناJO1366. هذه هي التفاعلات التي تستنزف مركبات سلائف الكتلة الحيوية بنسب محددة تجريبياً لمحاكاة النمو (Feist and Palsson ، 2010). للحصول على تفاعلات الكتلة الحيوية الأساسية والبرية الكاملة انظر تحديث تكوين الكتلة الحيوية ومتطلبات النمو في المعلومات التكميلية والجدول التكميلي 6. تم حساب مؤشر المعرفة (عدد الملخصات في Medline) لـ 1366 جينًا في الشبكة ، ويشير إلى أن أنايحتوي JO1366 على معظم الجينات الأكثر تميزًا في بكتريا قولونية (فهرس المعرفة أناجينات JO1366 في المعلومات التكميلية والجدول التكميلي 7). أناتمت مقارنة JO1366 أيضًا بملف تم إنشاؤه تلقائيًا بكتريا قولونية إعادة البناء من نموذج SEED (Henry وآخرون, 2010 ) (مقارنة أناJO1366 لإعادة بناء نموذج SEED E. coli في المعلومات التكميلية والجدول التكميلي 8) وقاعدة بيانات توطين البروتين EchoLocation (Horler وآخرون, 2009 ) (مقارنة أناJO1366 إلى قاعدة بيانات EchoLocation في المعلومات التكميلية والجدول التكميلي 9).

أناJO1366 (هذه الدراسة) أناAF1260 (Feist وآخرون, 2007 )
الجينات المتضمنة 1366 (32٪) (أ) التغطية الجينية الشاملة على أساس 4325 إجمالي ORFs في الإشريكية القولونية (التعليق التوضيحي U00096.2 ، تم تنزيله من ecogene.org) تم التحقق تجريبيًا من 2851 من ORFs هذه.
1260 (29%)
وظيفة قائمة على التجربة 1328 (97%) 1227 (97%)
الوظيفة المتوقعة حسابيًا 38 (3%) 33 (3%)
بروتينات وظيفية فريدة 1254 1148
مجمعات متعددة الجينات 185 167
الجينات المشاركة في المجمعات 483 415
مثيلات الإنزيمات b b تمت جدولتها على أساس التفاعل ، ولا تشمل النقل بورين الغشاء الخارجي غير النوعي.
380 346
تفاعلات 2251 2077
ردود الفعل الأيضية 1473 1387
تفاعلات أيضية فريدة ج ج يمكن أن تحدث تفاعلات في أو بين حجرات متعددة ويمكن أن توجد نواتج الأيض في أكثر من جزء واحد.
1424 1339
السيتوبلازم 1272 1187
بيريبلاسميك 193 192
خارج الخلية 8 8
تفاعلات النقل 778 690
السيتوبلازم إلى محيط 447 390
Periplasm إلى خارج الخلية 329 298
السيتوبلازم إلى خارج الخلية 2 2
ارتباطات الجينات والبروتين والتفاعلات
الجينات المرتبطة (التمثيل الغذائي / النقل) 1382/706 1294/625
التفاعلات العفوية / الانتشار d d لا تتضمن تفاعلات الانتشار تفاعلات الانتشار الميسرة ولا يتم تضمينها في هذا المجموع إذا كان يمكن أيضًا تحفيزها بواسطة منتج جيني بمعدل أعلى.
21/14 16/9
المجموع (الجين المرتبط وليس هناك حاجة إلى ارتباط) 1403/720 (94%) 1310/634 (94%)
لا يوجد ارتباط جيني (التمثيل الغذائي / النقل) 70/58 (6%) 77/56 (6%)
تبادل ردود الفعل 330 304
المستقلبات
المستقلبات الفريدة 1136 1039
السيتوبلازم 1039 951
بيريبلاسميك 442 418
خارج الخلية 324 299
  • (أ) التغطية الجينية الشاملة على أساس 4325 إجمالي ORFs في الإشريكية القولونية (التعليق التوضيحي U00096.2 ، تم تنزيله من ecogene.org) تم التحقق تجريبيًا من 2851 من ORFs هذه.
  • (ب) مُجدول على أساس التفاعل ، ولا يشمل النقل الغشائي الخارجي غير النوعي.
  • ج يمكن أن تحدث تفاعلات في أو بين حجرات متعددة ويمكن أن توجد نواتج الأيض في أكثر من حجرة واحدة.
  • د لا تتضمن تفاعلات الانتشار تفاعلات الانتشار الميسرة ولا يتم تضمينها في هذا المجموع إذا كان يمكن أيضًا تحفيزها بواسطة منتج جيني بمعدل أعلى.

عدد كبير من الفجوات في أناتم ملء شبكة AF1260 أثناء التحديث إلى أناJO1366 ، وفتح العديد من الممرات المسدودة. هناك عدة أنواع مختلفة من الفجوات في شبكات التمثيل الغذائي. فجوات عدم إنتاج الجذر هي نواتج أيضية ذات تفاعلات مستهلكة ولكن لا تنتج تفاعلات. فجوات عدم الاستهلاك في الجذر عبارة عن نواتج أيضية تنتج تفاعلات ولكن لا توجد تفاعلات مستهلكة. فجوات المصب عبارة عن مستقلبات لها تفاعلات إنتاج واستهلاك ولكن لا يمكن إنتاجها في حالة مستقرة لأنها تقع في اتجاه مجرى فجوة عدم إنتاج الجذر. وبالمثل ، فإن فجوات المنبع هي في مقدمة فجوات عدم الاستهلاك الجذري. تحتوي عملية إعادة الإعمار النهائية على 48 فجوة في عدم الإنتاج الجذري ، و 63 فجوة في عدم الاستهلاك الجذري ، و 52 فجوة في المصب ، و 69 فجوة في المنبع. في المجموع ، 11.5٪ من المستقلبات في أناJO1366 مسدود في جميع الظروف بسبب الفجوات (الفجوات وردود الفعل اليتيمة في إعادة بناء iJO1366 في المعلومات التكميلية والجدول التكميلي 10). ردود الفعل اليتيمة في نماذج مثل أنايمكن أن يساعد JO1366 أيضًا في تحديد وظائف الجينات الأيضية. في الأصل أنادراسة JR904 (ريد وآخرون، 2003) ، تم استخدام التماثل الجيني للتنبؤ بالاحتمال بكتريا قولونية الجينات التي تكوّد الإنزيمات لـ 56 تفاعلاً يتيماً. منذ ذلك الحين ، تم تأكيد صحة 14 من هذه التنبؤات بشكل مستقل (الجدول التكميلي 11) ، ويتم تضمين هذه الجينات الآن في أناJO1366.

التنبؤ بالأنماط الظاهرية الأيضية

تحليل توازن التدفق (FBA) (Orth وآخرون، 2010b) مع نموذج قائم على القيود للتنبؤ بتوزيعات التدفق الأيضي ، ومعدلات النمو ، ومعدلات امتصاص الركيزة ، ومعدلات إفراز المنتج. ال أناكان نموذج AF1260 وأسلافه دقيقين للغاية بالفعل في إجراء تنبؤات النمط الظاهري مثل معدلات النمو وتوزيعات تدفق التمثيل الغذائي المركزي ، لذلك لم يكن من المتوقع تحسين القدرات التنبؤية في هذه المناطق مع أناJO1366. بدلاً من ذلك ، تكمن قيمة النموذج المحدث في قدرته على التنبؤ بالأنماط الظاهرية في ظل نطاق أوسع من الظروف عن سابقيه.

لإثبات فائدة أنانموذج JO1366 في إجراء هذه التنبؤات المظهرية ، أنشأنا مجموعتين كبيرتين من تنبؤات النمط الظاهري للنموذج. أولاً ، أنماط النمو الظاهرية لـ بكتريا قولونية تم التنبؤ بجميع مصادر الكربون والنيتروجين والفوسفور والكبريت الممكنة. يتم تلخيص أعداد الركائز الداعمة للنمو في الجدول الثاني ، والنتائج الكاملة لهذه الشاشة الواردة في الجدول التكميلي 12 ومناقشتها في التنبؤ بجميع مصادر الكربون والنيتروجين والفوسفور والكبريت الداعمة للنمو في المعلومات التكميلية. أجرينا أيضًا شاشة للنموذج الظاهري للنمو لجميع سلالات الجين المفرد الممكنة. تم التنبؤ بالأنماط الظاهرية للنمو على كل من وسائط الحد الأدنى من الجلوكوز والجلسرين ، وتمت مقارنة النتائج مع مجموعات البيانات التجريبية (الجدول الثالث الجدول التكميلي 13). ليس بشكل غير متوقع ، أناJO1366 أقل دقة في التنبؤ بأهميته الجينية بشكل طفيف من أناAF1260. يرجع هذا الاختلاف إلى حقيقة أن 107 جينة جديدة تمت إضافتها إلى هذا النموذج من أنظمة ومسارات أقل دراسة جيدًا من الجينات الموجودة في أناAF1260 ، كما تمت مناقشته بمزيد من التفصيل في التنبؤ بجوهر الجينات في المعلومات التكميلية.

مصدر أناJO1366 أناAF1260
ركائز محتملة دعم النمو ركائز محتملة دعم النمو
كربون 285 180 262 174
نتروجين 178 94 163 78
الفوسفور 64 49 63 49
كبريت 28 11 25 11
تجريبي
أساس غير ضروري
نمو الجلوكوز
حسابي
أساس 168 (12.3%) 39 (2.8%)
غير ضروري 80 (5.9%) 1079 (79.0%)
النمو على الجلسرين
حسابي
أساس 161 (11.8%) 45 (3.3%)
غير ضروري 87 (6.4%) 1073 (78.5%)

رسم الخرائط أناJO1366 لسلالات وثيقة الصلة

بالرغم ان أناJO1366 هو نموذج من بكتريا قولونية K-12 MG1655 ، يمكن استخدام رسم خرائط التماثل الجيني لإنشاء نماذج أخرى بكتريا قولونية و شيغيلا سلالات. حتى الآن ، فإن إعادة البناء الأيضي لـ بكتريا قولونية W (آرتشر وآخرون، 2011) هو إعادة الإعمار المنشورة الوحيدة لـ بكتريا قولونية سلالات أخرى غير K-12. ال أنايجب أن تكون إعادة بناء JO1366 مفيدة لدراسة التسلسل الحديث الآخر بكتريا قولونية سلالات. تحليل سابق لعدة بكتريا قولونية أظهرت الجينومات أن هناك مستوى معتدلًا من التباين فيما يتعلق بمحتوى الجينات الأيضية داخل الأنواع (Vieira وآخرون، 2011). ذهب هذا التحليل إلى أبعد من الحفظ الجيني ، حيث حقق أيضًا في الحفاظ على طوبولوجيا الشبكة ، لكنه لم يصل إلى حد احتساب القدرة على نقل التدفق عبر مسارات محددة داعمة للنمو.

في حين أنه من المعروف أن الوظيفة المكافئة لا تضمنها التماثل الجيني ، إلا أنها لا تزال واحدة من أكثر الطرق شيوعًا وفعالية في شرح الجينوم (Frazer وآخرون، 2003). بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام الجمع بين التماثل المتسلسل والتحليل القائم على القيود للشبكات الأيضية لتحديد محتوى الجين الأيضي الأكثر احتمالًا للكائن الحي عن طريق إنشاء نماذج تتوافق مع علم الأحياء المعروف. باستخدام هذا النهج ، توقعنا مع FBA ما إذا كانت النماذج الأيضية تعتمد على أناJO1366 لـ 38 بكتريا قولونية و شيغيلا سلالات قادرة على إنتاج الكتلة الحيوية على وسائل الإعلام الحد الأدنى من الجلوكوز في عتبات الحفظ المختلفة (الشكل 2 أ). في كل نسبة مئوية من قطع الهوية (PID) ، مجموعة الجينات الغائبة أناتم تحديد JO1366 باستخدام محاذاة سميث ووترمان. ثم تم استخدام مجموعة الجينات المفقودة لفرض قيود على التفاعلات الأيضية باستخدام أناJO1366 جي بي آر إس. كما هو متوقع ، أظهرت النتائج أن جميع السلالات كانت قادرة على إنتاج الكتلة الحيوية دون متطلبات الحفظ ، لكن العديد من السلالات فقدت هذه القدرة لأن المطلب أصبح أكثر صرامة. عند مستوى PID بنسبة 40 ٪ ، كانت أربع سلالات فقط غير قادرة على إنتاج الكتلة الحيوية. تم استخدام هذا PID لمزيد من التحليل ، وتم تبريره من خلال التحليل المستند إلى الشبكة للتأثيرات المساعدة (الشكل 2 ب و رسم الخرائط أناJO1366 لسلالات وثيقة الصلة في المعلومات التكميلية). مئات الجينات غير الموضح عليها في مختلف بكتريا قولونية و شيغيلا تم تحديد سلالات من خلال مقارنات أناجينات JO1366 ، وهي مدرجة في الجدول التكميلي 14.

من خلال تحليل المحتوى الجيني لـ 38 بكتريا قولونية و شيغيلا الجينوم ، 1006 جينات أيضية في أناتم العثور على JO1366 لتكون مشتركة لجميع الجينومات. يحتوي متوسط ​​الجينوم في هذا التحليل على 97 ٪ من الجينات في أناJO1366 (الشكل 2C). أدى إجراء رسم الخرائط الموصوف هنا إلى إنشاء 38 نموذجًا خاصًا بالسلالة. من المهم ملاحظة أن هذه النماذج ليست بعد على نفس مستوى نماذج التمثيل الغذائي "المسودة" النموذجية ، مثل وظائف التمثيل الغذائي الجديدة (وظائف تتجاوز تلك التي تحدث في بكتريا قولونية K-12 MG1655) لم يتم النظر فيه بعد. لأن الجينات الأيضية 1366 فقط أناتم اعتبار JO1366 لهذا التعيين ، تظهر مجموعة الجينات الشائعة (74٪) أكبر مما كانت عليه في الدراسة السابقة التي أجراها فييرا وآخرون، والتي تعتبر مجموعة من 1545 من ردود الفعل. هذا الاختلاف يرجع جزئيًا أيضًا إلى حقيقة أن فييرا وآخرون أضاف ردود فعل اليتيمة على بكتريا قولونية الشبكات ومقارنة المحتوى الأيضي على أساس التفاعل ، وليس على أساس الجينات.


مصادر إضافية

لقد قدمنا ​​لمحة عامة عن سلالات المختبر الشائعة ، ومع ذلك ، فإن هذه الجداول ليست شاملة بأي حال من الأحوال! للحصول على قائمة أكثر شمولاً ومعلومات إضافية ، قم بزيارة OpenWetWare's بكتريا قولونية مورد النمط الجيني. بالإضافة إلى ذلك ، لدى NEB قائمة كبيرة من العلامات الجينية للرجوع إليها.

تصفح قائمة Addgene المنسقة لأنظمة التعبير البكتيرية.

تحقق من المنشور المصاحب الذي يصف سلالات تعبير البروتين ، حيث ننتقل إلى أساسيات تعبير البروتين في بكتريا قولونية والسمات المشتركة الموجودة في تلك البكتيريا.


شاهد الفيديو: اذا ارسل جسمك هذه الاشارات لك. فأعلم انك تعانى بكتيريا الإشريكية القولونية (أغسطس 2022).