معلومة

كيف يمكن استخدام توصيف الحمض النووي لتحديد عدد الكائنات من نوع معين داخل منطقة معينة؟

كيف يمكن استخدام توصيف الحمض النووي لتحديد عدد الكائنات من نوع معين داخل منطقة معينة؟


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.

إليك سؤال الامتحان الممل الذي يطرح هذا السؤال: السؤال 8 (ب). https://drive.google.com/drive/folders/0B23NLD5L6099VWJya3dfLVJpbmc

السؤال يقول:

في عام 2007 ، كان الدب البني من الأنواع المهددة بالانقراض في ألبرتا ، كندا. أجريت دراسة لتحديد عدد الدببة في المنطقة. تم جمع الفراء من الأشجار التي فركتها الدببة وحللت حمضها النووي.

(ط) اشرح كيف سيساعد تحليل الحمض النووي العلماء على تحديد عدد الدببة في المنطقة.

الجواب ببساطة:

  1. فكرة مقارنة العصابات

  2. فكرة أن لكل دب {DNA / أنماط النطاقات} الفريدة

  3. فكرة أن عدد أنماط النطاقات المختلفة سيعادل عدد الدببة المختلفة

سؤالي هو: كيف تتلاءم العملية برمتها معًا؟

إنني في حيرة من أمري بشأن كيفية توافق التحقيق بأكمله مع بعضه البعض ، وكنت أحاول توضيح ذلك لساعات. يبدو أنه إذا كنت سأجمع عينات من الفراء من الأشجار ، فستكون هناك خلايا تنتمي إلى أنواع مختلفة ، فإن نمط الحمض النووي الناتج سيشمل عددًا مختلفًا من العصابات من جميع الأنواع المختلفة. للتغلب على هذه المشكلة ، أعتقد "هل سنقوم بطريقة ما بفصل الخلايا المختلفة إلى مجموعات مختلفة مع كل مجموعة تنتمي إلى دب معين من خلال بعض التقنيات التي لا تتضمن تحديدًا للحمض النووي ولا أحتاج إلى معرفتها في مستوى المدرسة الثانوية؟ بعد ذلك ، أفكر في أننا كنا سننجز مهمتنا المتمثلة في تحديد عدد مختلف من الدببة الموجودة داخل العينة. كيف يمكن تحديد الأعداد المختلفة للدببة؟

الجزء الثاني من سؤالي هو أنني لا أفهم كيف سيتم استخدام العينات المختلفة من الأشجار والفراء لتقدير الحجم الإجمالي للسكان داخل المنطقة؟ تقنية أخذ العينات الحيوانية الوحيدة التي أعرفها هي طريقة الالتقاط والاستعادة.


تتضمن العملية العامة لتوصيف الحمض النووي (أفضل تسميتها "بصمة الحمض النووي" ، ولكن هذا أنا فقط) بشكل عام تطوير بادئات تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) خاصة بمنطقة معينة تحيط بنوع من المنطقة شديدة التعدد الأشكال. لذلك في هذه الحالة ، قد يحتاج المرء إلى بادئات تحيط بـ VNTRs (أو مناطق أخرى متعددة الأشكال ، ألق نظرة على مقالة ويكيبيديا للحصول على نظرة عامة على بعض الطرق الأخرى). بافتراض أن بادئات تفاعل البوليميراز المتسلسل مخصصة للدببة (يمكن للمرء أن يفجرها للحصول على فكرة عن ذلك) ، فبغض النظر عما اختلطت فيه الحيوانات الأخرى ، فإن النطاقات الناتجة ستكون في الغالب من الدببة (بعد كل شيء ، ينتج عن تفاعل البوليميراز المتسلسل تضخيمًا أسيًا لـ الأنواع المفضلة). سيكون هذا جزء الإجابة (1).

بالنسبة للجزء 2 ، يحتاج المرء إلى العثور على عدد كافٍ من المناطق المتغيرة بدرجة كافية لكي يعمل التنميط. قد لا يكون موقع واحد مفيدًا بدرجة كافية ، ولكن سيكون موقعان معًا.

الجزء 3 هو النتيجة المنطقية للجزأين 1 و 2. إذا كان بإمكانك تضخيم مجموعة من العينات المختلطة معًا وكانت التكرارات ذات أطوال متغيرة (وبالتالي استخدام VNTRs أو التكرارات المماثلة) ، فسترى تلك على أنها نطاقات مختلفة الحجم على هلام.


يعني تسلسل الحمض النووي تحديد ترتيب اللبنات الكيميائية الأربعة - المسماة "القواعد" - التي تتكون منها جزيء الحمض النووي. يخبر التسلسل العلماء نوع المعلومات الجينية التي يتم نقلها في جزء معين من الحمض النووي. على سبيل المثال ، يمكن للعلماء استخدام معلومات التسلسل لتحديد امتدادات الحمض النووي التي تحتوي على الجينات وأي الامتدادات تحمل التعليمات التنظيمية ، مما يؤدي إلى تشغيل الجينات أو إيقاف تشغيلها. بالإضافة إلى ذلك ، والأهم من ذلك ، يمكن لبيانات التسلسل أن تسلط الضوء على التغييرات في الجين التي قد تسبب المرض.

في الحلزون المزدوج للحمض النووي ، ترتبط القواعد الكيميائية الأربعة دائمًا بنفس الشريك لتشكيل "أزواج قاعدية". يتزاوج الأدينين (A) دائمًا مع الثايمين (T) السيتوزين (C) دائمًا مع الجوانين (G). هذا الاقتران هو أساس الآلية التي يتم من خلالها نسخ جزيئات الحمض النووي عندما تنقسم الخلايا ، كما أن الاقتران هو الأساس للطرق التي يتم بها إجراء معظم تجارب تسلسل الحمض النووي. يحتوي الجينوم البشري على حوالي 3 مليارات زوج قاعدي توضح التعليمات الخاصة بتكوين الإنسان والحفاظ عليه.

يعني تسلسل الحمض النووي تحديد ترتيب اللبنات الكيميائية الأربعة - المسماة "القواعد" - التي تشكل جزيء الحمض النووي. يخبر التسلسل العلماء نوع المعلومات الجينية التي يتم نقلها في جزء معين من الحمض النووي. على سبيل المثال ، يمكن للعلماء استخدام معلومات التسلسل لتحديد امتدادات الحمض النووي التي تحتوي على الجينات وأي الامتدادات تحمل التعليمات التنظيمية ، مما يؤدي إلى تشغيل الجينات أو إيقاف تشغيلها. بالإضافة إلى ذلك ، والأهم من ذلك ، يمكن لبيانات التسلسل أن تسلط الضوء على التغييرات في الجين التي قد تسبب المرض.

في الحلزون المزدوج للحمض النووي ، ترتبط القواعد الكيميائية الأربعة دائمًا بنفس الشريك لتشكيل "أزواج قاعدية". يتزاوج الأدينين (A) دائمًا مع الثايمين (T) السيتوزين (C) دائمًا مع الجوانين (G). هذا الاقتران هو أساس الآلية التي يتم من خلالها نسخ جزيئات الحمض النووي عندما تنقسم الخلايا ، كما أن الاقتران هو الأساس للطرق التي يتم بها إجراء معظم تجارب تسلسل الحمض النووي. يحتوي الجينوم البشري على حوالي 3 مليارات زوج قاعدي توضح التعليمات الخاصة بتكوين الإنسان والحفاظ عليه.


مما يتكون الحمض النووي؟

يتكون الحمض النووي من لبنات بناء كيميائية تسمى النيوكليوتيدات. تتكون كتل البناء هذه من ثلاثة أجزاء: مجموعة الفوسفات ومجموعة السكر وواحد من أربعة أنواع من قواعد النيتروجين. لتشكيل خيط من الحمض النووي ، يتم ربط النيوكليوتيدات في سلاسل ، مع تناوب مجموعات الفوسفات والسكر.

الأنواع الأربعة لقواعد النيتروجين الموجودة في النيوكليوتيدات هي: الأدينين (أ) ، الثايمين (T) ، الجوانين (G) والسيتوزين (C). يحدد ترتيب أو تسلسل هذه القواعد التعليمات البيولوجية الموجودة في سلسلة من الحمض النووي. على سبيل المثال ، قد يوجه التسلسل ATCGTT للعيون الزرقاء ، بينما قد يوجه ATCGCT للعيون البنية.

يحتوي كتاب تعليمات الحمض النووي الكامل ، أو الجينوم ، للإنسان على حوالي 3 مليارات قاعدة وحوالي 20000 جين على 23 زوجًا من الكروموسومات.

يتكون الحمض النووي من لبنات بناء كيميائية تسمى النيوكليوتيدات. تتكون كتل البناء هذه من ثلاثة أجزاء: مجموعة الفوسفات ومجموعة السكر وواحد من أربعة أنواع من قواعد النيتروجين. لتشكيل خيط من الحمض النووي ، يتم ربط النيوكليوتيدات في سلاسل ، مع تناوب مجموعات الفوسفات والسكر.

الأنواع الأربعة لقواعد النيتروجين الموجودة في النيوكليوتيدات هي: الأدينين (أ) ، الثايمين (T) ، الجوانين (G) والسيتوزين (C). يحدد ترتيب أو تسلسل هذه القواعد التعليمات البيولوجية الموجودة في سلسلة من الحمض النووي. على سبيل المثال ، قد يوجه التسلسل ATCGTT للعيون الزرقاء ، بينما قد يوجه ATCGCT للعيون البنية.

يحتوي كتاب تعليمات الحمض النووي الكامل ، أو الجينوم ، للإنسان على حوالي 3 مليارات قاعدة وحوالي 20000 جين على 23 زوجًا من الكروموسومات.


تهجين الحمض النووي

يشار إلى هذه العملية أحيانًا باسم تهجين الحمض النووي DNA ، حيث تقوم هذه العملية بتهجين المعلومات الجينية من كائنين مختلفين لتحديد أوجه التشابه بينهما. يفصل العلماء خيوط الحمض النووي عن كلا النوعين باستخدام الحرارة ، مما يكسر الروابط بين أزواج القواعد التي تربط جانبي اللولب المزدوج. ثم يقومون بعد ذلك بتقطيع المعلومات الجينية إلى أجزاء صغيرة ، وخلط المعلومات الجينية من كليهما ، ومراقبة كيفية إعادة اتحادهم. تظهر الأجزاء التي ترتبط بها أزواج القواعد احتياطيًا تشابهًا وراثيًا. كلما زادت المعلومات التي ترتبط ببعضها البعض ، كلما اقتربت الأنواع من الناحية التطورية.


مقدمة

نسبة ضئيلة من جميع الأنواع على الأرض معروفة [1]. في الوقت نفسه ، أدت التأثيرات البشرية المنشأ إلى انقراض جماعي للأنواع في "الأنثروبوسين" [2] ، مع عواقب منتشرة وسلبية في كثير من الأحيان على عمل النظام الإيكولوجي ورفاهية الإنسان [3،4]. لمواجهة فقدان التنوع البيولوجي ، هناك حاجة إلى أدوات سريعة وموثوقة لتقييم ورصد التنوع البيولوجي [5].

التنوع البيولوجي للتيار هو خصوصية تتأثر بالتدهور البشري المنشأ [6،7]. لذلك ، تم وضع برامج مراقبة وإدارة واسعة النطاق ، على سبيل المثال ، التوجيه الإطاري للاتحاد الأوروبي بشأن المياه وقانون المياه النظيفة في الولايات المتحدة. في برامج الرصد الحيوي هذه ، تعد قوائم الأنواع ، ولا سيما الأنواع المؤشرة من اللافقاريات القاعية ، هي المقياس المركزي لتقييم الوضع البيئي للأنظمة الإيكولوجية للمياه العذبة. لتقييم التدفق ، يتم أخذ عينات من المئات من الكائنات القاعية بطريقة موحدة ، ويتم فرزها وتحديدها واستخدامها في تدفقات العمل التحليلي المعياري (على سبيل المثال [8،9]). ومع ذلك ، يصعب تحديد العديد من يرقات اللافقاريات القاعية على مستوى الأنواع ، وبالتالي فإن المستوى التصنيفي الأكثر عملية لتحديد هذه الكائنات غالبًا ما يكون فقط الجنس أو العائلة [10]. يعد هذا مصدر قلق كبير ، حيث يمكن أن يكون للأنواع المختلفة داخل جنس أو فصيلة فرعية تفضيلات بيئية مختلفة وتحمل الإجهاد وتنتمي إلى مجموعات تغذية وظيفية مختلفة [11 ، 12] انظر [13] للمراجعة. والأسوأ من ذلك ، تحدث أخطاء تحديد متكررة ولا يتم اكتشاف العديد من العينات في العينات [10] هذه القيود لها عواقب مباشرة على مقاييس تقييم النظام البيئي المستنتج [10،14] وبالتالي قرارات الإدارة.

يسمح الترميز الشريطي للحمض النووي بتحديد الأنواع المعيارية والدقيقة [15-18]. نظرًا لأن هذه الطريقة تعتمد على الحمض النووي ، يمكن استخدامها لتحديد الأنواع بشكل موثوق حتى عند توفر أعمار الأحداث أو أجزاء من الكائنات الحية. بالنسبة للحيوانات ، عادةً ما يتم استخدام جزء معياري 658-bp من جين الميتوكوندريا COI (الوحدة الفرعية 1 من السيتوكروم c أوكسيديز) [19]. يتطلب تشفير الحمض النووي الشريطي إنشاء قاعدة بيانات مرجعية دقيقة. بالنسبة إلى اللافقاريات الكبيرة ، يتم تحقيق ذلك على أفضل وجه من خلال تحديد الصفات التشخيصية (عادةً في عينات الذكور البالغين [13 ، 20 ، 21]) ، وتسلسل العينات ، وإيداع تسلسلات COI في قاعدة بيانات مثل قاعدة بيانات BOLD [22]. في أوقات تراجع الخبرة التصنيفية [23 ، 24] ، لا غنى عن قواعد بيانات الباركود المنسقة والعامة هذه للحفاظ على المعرفة التصنيفية.

طرق الترميز الشريطي COI معروفة جيدًا لكائنات المياه العذبة [16،17،25] واختبرت الدراسات الأولية إمكاناتها لتقييم النظام البيئي للمياه العذبة باستخدام التسلسل الكلاسيكي المستند إلى سانجر [14 ، 26]. أظهر شتاين وزملاؤه أن عشرة من بين 16 مقياسًا للتقييم لها قوة إحصائية أعلى باستخدام تشفير الحمض النووي الشريطي من التقييم الصرفي [14]. ومع ذلك ، يتطلب تسلسل Sanger معالجة كل عينة على حدة في المختبر ، وهو أمر مكلف ويستغرق وقتًا طويلاً للغاية لإجراء تقييمات المجتمع الروتينية التي تشمل مئات أو آلاف العينات لكل عينة.

يمكن التغلب على هذا التحدي بمساعدة تسلسل الجيل التالي ، والذي يتيح التحليل المتزامن لملايين التسلسلات. تقنية التسلسل من الجيل التالي تسمى التمثيل الغذائي (وتسمى أيضا المجتمع الشريطي) يستخدم نفس مبدأ التشفير الشريطي الكلاسيكي ، ولكن مع إنتاجية أعلى بكثير ، مما يسمح بمعالجة مئات العينات في وقت واحد في تحليل واحد. عندما يتم تحديد العينات الكاملة بكميات كبيرة ، اقترح استخدام المصطلح التمثيل الغذائي للحمض النووي للتمييز بين المناهج التي تستخدم الحمض النووي البيئي (eDNA) [27]. ومع ذلك ، نظرًا لأن النتائج التي توصلنا إليها تنطبق إلى حد كبير على الأساليب القائمة على eDNA أيضًا ، فإننا نشير هنا إلى الترميز الأيضي بالمعنى الواسع. يتم حاليًا اختبار الترميز الميتاباركي لمعالجة مجموعة واسعة من المشكلات البيولوجية ، مثل اكتشاف الأنواع الغازية [28] ، وتحليل محتوى القناة الهضمية [29] ، وتقييم الميكروبات [30] والتنوع الميتازوان ، مثل تلك الخاصة بالمفصليات (على سبيل المثال [31] ، 32]). تظهر الدراسات الأولية على الدياتومات القاعية [33] واللافقاريات الكبيرة [34] إمكانات هذه الطريقة لإحداث ثورة في الطريقة التي نراقب بها الأنظمة البيئية للتيار. ومع ذلك ، هناك تحديات عامة مرتبطة باستخدام الترميز الأيضي لتقييم النظام البيئي. بينما تتوفر خطوط أنابيب المعلومات الحيوية الأولية لتحليل البيانات (على سبيل المثال ، Mothur [35] ، QIIME [36] ، خط أنابيب UPARSE [37]) ، لا تزال قواعد البيانات المرجعية للباركود غير مكتملة. علاوة على ذلك ، هناك مشكلتان لهما أهمية مركزية لم يتم تناولهما بشكل منهجي. أولاً ، الكائنات الحية التي تم أخذ عينات منها لها كتل حيوية مختلفة إلى حد كبير ، وبالتالي قد تفقد الكائنات الحية الصغيرة بسبب انخفاض عدد قراءات التسلسل [38]. ثانيًا ، تختلف كفاءة التضخيم لجين COI باختلاف الأنواع ، وقد يؤدي ذلك إلى تحيز شديد [34،39] لا سيما في ضوء التباين في الكتلة الحيوية. لم يتم إجراء تقديرات دقيقة للكتلة الحيوية فيما يتعلق باستعادة العينات والتحيز التمهيدي.

نصف استراتيجية مبتكرة وفعالة لتحليل عينات اللافقاريات الكبيرة على منصة تسلسل Illumina MiSeq. يمكن أن يؤدي التشابه العالي في التسلسل في تسلسل amplicon إلى انخفاض جودة التسلسل على منصات Illumina [40]. نحن نتعامل مع هذه المشكلة باستخدام بادئات الاندماج ذات العلامات الفريدة التي تستهدف منطقة الترميز القياسية ، والتي يتم ترتيبها في نفس الوقت في اتجاه التسلسل الأمامي والعكسي لزيادة تنوع النوكليوتيدات وبالتالي تحسين جودة القراءة. مع البروتوكول الجديد ، أجرينا تجربتين مضبوطتين لمعالجة المشكلتين المذكورتين أعلاه. أولاً ، قمنا بتقييم العلاقة بين الكتلة الحيوية ووفرة التسلسل من خلال تسلسل العينات المتميزة وراثيًا التي تختلف بشكل كبير في الكتلة الحيوية ، ولكنها تنتمي إلى نوع واحد. سمح لنا هذا بتحديد ما إذا كانت العينات الصغيرة تُفقد بسبب تغطية القراءة المنخفضة ومتى. ثانيًا ، استخدمنا كميات متساوية من الأنسجة من 52 نوعًا من أصناف المياه العذبة لتحديد مدى جودة استعادتها نظرًا لتحيز تضخيم تفاعل البوليميراز المتسلسل الخاص بالأنواع عند استخراج العديد من الأنواع بكميات كبيرة. تم إجراء جميع التحليلات مع عشر مكررات لتحسين المتانة الإحصائية.


الكشف عن مسببات الأمراض القائمة على المصفوفة الدقيقة

تتمثل ميزة الاكتشاف المستند إلى المصفوفات الدقيقة في أنه يمكن أن يجمع بين استراتيجيات تضخيم الحمض النووي القوية مع قدرة الفحص الهائلة لتقنية ميكروأري ، مما يؤدي إلى مستوى عالٍ من الحساسية والنوعية والإنتاجية. بالإضافة إلى التحذيرات المذكورة سابقًا ، فإن التكلفة والتعقيد التنظيمي لأداء عدد كبير من تفاعلات PCR لتطبيقات ميكروأري المصب يجعل هذا الخيار ممكنًا ولكنه غير جذاب. أدى هذا القيد إلى تقليل فائدة هذه التقنية بشكل كبير وعرقل التطوير المستمر لتطبيقات المصب.

غالبًا ما يكون الباحثون غير متأكدين من صحة بيانات المصفوفة الدقيقة والسؤال المطروح غالبًا هو: هل يجب عليك التحقق من صحة البيانات باستخدام تقنية بديلة؟ الجواب مدوي 'نعم'. ببساطة لأنه سيجعل الباحث يشعر بثقة أكبر في النتائج ، والأهم من ذلك أن المراجعين سيطلبون ذلك بالتأكيد.


طرق استخراج وتحديد الحمض النووي من الغذاء

إن توفر طرق تضخيم وتسلسل الحمض النووي السريع والدقيق والمريح جعل تحليل الحمض النووي خيارًا قابلاً للتطبيق للعديد من أنواع التحقيق. في مجال اختبار الأغذية ، تم تطبيق qPCR وطرق التسلسل المتقدمة لتطوير طرق حساسة لتحديد مكونات الطعام بدقة والكشف الدقيق عن الملوثات. أتاح التقدم في كلتا التقنيتين على مدار العقد الماضي تحديد المكونات على المستوى الجزيئي وتمكين التوصيف الدقيق لأي عنصر قائم على الحمض النووي موجود في المواد الغذائية ، من مزيج اللحوم والنباتات الموجودة وصولاً إلى التوابل المستخدمة في النكهة.

على مدى السنوات القليلة الماضية ، تم تطبيق تحليل الحمض النووي المستند إلى qPCR بنجاح على مجموعة واسعة من سيناريوهات اختبار الأغذية بما في ذلك اختبار الكائنات المعدلة وراثيًا (1) (2) ، وتحديد الأنواع في منتجات اللحوم المختلطة وأعلاف الحيوانات (3) (4) ، وكشف الملوثات الجرثومية (5) (6). في مارس 2013 ، أعلن باحثون في جامعة يوهانس جوتنبرج ماينز عن طريقة جديدة لاختبار الطعام قائمة على التسلسل و ndash & ldquoAll food Seq & rdquo & mdash والتي تستخدم نهج تسلسل الجينوم الكامل / المعلوماتية الحيوية لمحاولة تحديد كل الحمض النووي في عنصر غذائي (7). مقارنة بالطرق القديمة مثل الفحص المجهري وتحليل البروتين والثقافة الميكروبية ، توفر طرق اختبار الغذاء المعتمدة على التسلسل qPCR ومزايا مثل توفير الوقت والنوعية والحساسية والملاءمة للأتمتة.

أصبحت مناهج تسلسل الجينوم الكامل ممكنة من خلال توافر تقنيات تسلسل الجيل التالي وقوة الحوسبة لتحليل البيانات الناتجة ومقارنتها بتسلسل الأنواع المعروفة وإجراء المطابقات المحتملة. باستخدام طريقة قائمة على التسلسل ، لن تحتاج إلى معرفة ما تبحث عنه للعثور عليه. من الناحية النظرية ، يمكن تحديد كل مكون قائم على الحمض النووي في عنصر غذائي ، بشرط أن يكون له تطابق في قاعدة بيانات المعلومات الخاصة بك.

تُستخدم الأساليب القائمة على qPCR للبحث عن تسلسلات DNA محددة و mdashe إما تسلسلات محددة للأنواع أو ، في حالة اختبار الكائنات المعدلة وراثيًا ، متواليات وراثية محددة وعناصر غذائية mdashin. في عام 2012 ، وصفت ورقة بحثية نُشرت في Food Control (4) طريقة تعتمد على تفاعل البوليميراز المتسلسل في الوقت الفعلي لتحديد لحم الخنزير والدجاج والديك الرومي ولحم البقر والضأن في عينات اللحوم المختلطة والأغذية المصنعة. استخدم هؤلاء المؤلفون مجموعة Maxwell & reg 16 Tissue DNA Purification Kit لأتمتة استخلاص الحمض النووي من مخاليط اللحوم المختلفة ، ثم استخدموا بادئات تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) الخاصة بكل نوع لتحديد مكونات اللحوم. لقد تمكنوا من اكتشاف الأنواع الفردية وصولاً إلى مستوى 1٪ في الخلائط الممزوجة بمختلف اللحوم المستهدفة. تعتبر الطرق المعتمدة على الحمض النووي لتحديد اللحوم أكثر فاعلية في اللحوم المصنعة والمطبوخة من الطرق القائمة على البروتين مثل المقايسات المناعية ، كما أنها أكثر قدرة على التمييز بين الأنواع المتشابهة (4) (8).

يمكن أن يكون عزل الحمض النووي عن الطعام باستخدام البروتوكولات التقليدية عملية طويلة ومن المحتمل أن تكون خطرة. إن توفر الطرق الأسرع التي تتجنب التعرض للمذيبات الخطرة والتي يمكن أن تكون قابلة للأتمتة قد مكّن من عزل الحمض النووي الأكثر كفاءة ونجاحًا عن الأطعمة وساهم في تحليل qPCR الناجح. يجب أن تكون طرق تنقية الحمض النووي قادرة على تنقية الحمض النووي بعيدًا عن مثبطات تفاعل البوليميراز المتسلسل المحتملة الموجودة في المواد الغذائية ، ويجب أيضًا أن تكون قادرة على تنقية الحمض النووي الذي قد يكون مجزأًا أثناء معالجة معالجة الطعام ، مثل الطهي أو الحفظ أو التعقيم (9) (10) . لذلك ، يمكن أن يؤثر اختيار طريقة تنقية الحمض النووي ، وكذلك اختيار أهداف تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) بشكل كبير على النجاح في تحليل الغذاء ، اعتمادًا على المواد الغذائية المحددة والحمض النووي المستهدف.


تقنية تحليل RFLP

تتضمن تقنية تحليل RFLP قطع منطقة معينة من الحمض النووي ذات التباين المعروف ، باستخدام إنزيمات مقيدة ، ثم فصل شظايا الحمض النووي عن طريق الرحلان الكهربائي لهلام الاغاروز وتحديد عدد الأجزاء والأحجام النسبية.

إنزيم التقييد هو إنزيم ، جزيء بروتيني ، يقطع الحمض النووي في مواقع التقييد. في الأساس ، يتم تكسير عينة الحمض النووي وهضمها بواسطة إنزيمات التقييد. يتم فصل الأجزاء الناتجة وفقًا لأطوالها ، ويختلف نمط أحجام الأجزاء لكل فرد يتم اختباره.

تتطلب عملية RFLP الكاملة وسم المسبار ، وتفتيت الحمض النووي ، والرحلان الكهربائي ، والنشاف ، والتهجين ، والغسيل ، والتصوير الإشعاعي الذاتي. يتم تصوير RFLP المكتشف باستخدام فيلم الأشعة السينية في التصوير الشعاعي الذاتي ، حيث يمكن مشاهدة شظايا الحمض النووي وتحليلها بعد فصلها عن بعضها البعض عن طريق الرحلان الكهربائي.


من العضيات إلى المحيط الحيوي

يمكن أن تشكل الجزيئات الكبيرة مجاميع داخل خلية محاطة بأغشية تسمى العضيات. العضيات هي هياكل صغيرة توجد داخل الخلايا. ومن الأمثلة على ذلك: الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء ، التي تؤدي وظائف لا غنى عنها. تنتج الميتوكوندريا الطاقة لتشغيل الخلية بينما تعمل البلاستيدات الخضراء على تمكين النباتات الخضراء من الاستفادة من الطاقة في ضوء الشمس لصنع السكريات. جميع الكائنات الحية مصنوعة من الخلايا ، والخلية نفسها هي أصغر وحدة أساسية في التركيب والوظيفة في الكائنات الحية. (هذا المطلب هو سبب عدم اعتبار الفيروسات كائنات حية: فهي ليست مكونة من خلايا. لتصنيع فيروسات جديدة ، يتعين عليهم غزو آلية التكاثر للخلية الحية واختطافها عندئذ فقط يمكنهم الحصول على المواد التي يحتاجونها للتكاثر.) تتكون الكائنات الحية من خلية واحدة والبعض الآخر متعدد الخلايا. تصنف الخلايا على أنها بدائية النواة أو حقيقية النواة. بدائيات النوى هي كائنات وحيدة الخلية أو كائنات استعمارية لا تحتوي على نوى مرتبطة بغشاء على النقيض من ذلك ، فإن خلايا حقيقيات النوى لها عضيات مرتبطة بالغشاء ونواة مرتبطة بالغشاء.

في الكائنات الحية الأكبر ، تتحد الخلايا لتكوين الأنسجة ، وهي مجموعات من الخلايا المتشابهة تؤدي وظائف مماثلة أو ذات صلة. الأعضاء عبارة عن مجموعات من الأنسجة مجمعة معًا تؤدي وظيفة مشتركة. تتواجد الأعضاء ليس فقط في الحيوانات ولكن أيضًا في النباتات. نظام الأعضاء هو مستوى أعلى من التنظيم يتكون من أعضاء مرتبطة وظيفيًا. للثدييات أجهزة عديدة. على سبيل المثال ، يقوم الجهاز الدوري بنقل الدم عبر الجسم ومن وإلى الرئتين ويشمل أعضاء مثل القلب والأوعية الدموية. علاوة على ذلك ، فإن الكائنات الحية هي كيانات حية فردية. على سبيل المثال ، كل شجرة في الغابة هي كائن حي. تعتبر بدائيات النوى أحادية الخلية وحقيقيات النوى أحادية الخلية أيضًا كائنات حية ويشار إليها عادةً باسم الكائنات الحية الدقيقة.

يُطلق على جميع الأفراد من نوع يعيش داخل منطقة معينة بشكل جماعي مجموعة. على سبيل المثال ، قد تحتوي الغابة على العديد من أشجار الصنوبر. تمثل كل أشجار الصنوبر هذه سكان أشجار الصنوبر في هذه الغابة. قد تعيش مجموعات سكانية مختلفة في نفس المنطقة المحددة. على سبيل المثال ، تشتمل الغابة التي تحتوي على أشجار الصنوبر على مجموعات من النباتات المزهرة وكذلك الحشرات والمجموعات الميكروبية. المجتمع هو مجموع السكان الذين يسكنون منطقة معينة. على سبيل المثال ، تشكل جميع الأشجار والزهور والحشرات والمجموعات السكانية الأخرى في الغابة مجتمع الغابة و rsquos. الغابة نفسها هي نظام بيئي. يتكون النظام البيئي من جميع الكائنات الحية في منطقة معينة جنبًا إلى جنب مع الأجزاء اللاأحيائية وغير الحية لتلك البيئة مثل النيتروجين في التربة أو مياه الأمطار. على أعلى مستوى من التنظيم ، المحيط الحيوي هو مجموعة من جميع النظم البيئية ، ويمثل مناطق الحياة على الأرض. وهي تشمل الأرض والماء وحتى الغلاف الجوي إلى حد ما. تشكل كل هذه المستويات مجتمعة المستويات البيولوجية للتنظيم ، والتي تتراوح من العضيات إلى المحيط الحيوي.

الشكل ( PageIndex <1> ): المستويات البيولوجية للتنظيم: المستويات البيولوجية لتنظيم الكائنات الحية تتبع تسلسلاً هرميًا ، مثل الذي يظهر. من عضية واحدة إلى المحيط الحيوي بأكمله ، تعد الكائنات الحية جزءًا من التسلسل الهرمي عالي التنظيم.


الفئات غير الجينية للطب والبيئة

في الطب ، يتم تحديد الكائنات الحية الدقيقة من خلال علم التشكل وعلم وظائف الأعضاء والسمات الأخرى في علم البيئة من خلال الموطن والطاقة ومصدر الكربون.

أهداف التعلم

حدد السمات المستخدمة في التصنيف: البكتيريا والفيروسات والكائنات الحية الدقيقة في علم البيئة

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • يسبب العامل الممرض المرض في مضيفه. في الطب ، هناك عدة أنواع واسعة من مسببات الأمراض: الفيروسات والبكتيريا والفطريات والطفيليات حقيقية النواة والبريونات.
  • عند التعرف على البكتيريا في المختبر ، يتم استخدام الخصائص التالية: تلطيخ الجرام ، والشكل ، ووجود كبسولة ، وميل الترابط ، والحركة ، والتنفس ، ووسط النمو ، وما إذا كان داخل الخلايا أو خارجها.
  • تصنف الفيروسات أساسًا حسب الخصائص المظهرية ، مثل التشكل ونوع الحمض النووي وطريقة التكاثر والكائنات الحية المضيفة ونوع المرض الذي تسببه.
  • في علم البيئة ، تصنف الكائنات الحية الدقيقة حسب نوع الموطن الذي تتطلبه ، أو المستوى الغذائي ، ومصدر الطاقة ومصدر الكربون.
  • لقد وجد علماء الأحياء أن الحياة الميكروبية تتمتع بمرونة مذهلة للبقاء في البيئات القاسية التي قد تكون غير مضيافة تمامًا للكائنات المعقدة التي تسمى الكائنات القاسية وتوجد أنواع كثيرة.
  • تستخدم الأنواع المختلفة من الكائنات الحية الدقيقة مزيجًا من مصادر مختلفة للطاقة والكربون. قد تكون هذه بدائل بين التغذية الضوئية والكيميائية ، بين التغذية العضوية والليزوتية ، بين التغذية الذاتية وغير المتجانسة أو مزيج منها.

الشروط الاساسية

  • تلزم: قادر على الوجود أو البقاء على قيد الحياة فقط في بيئة معينة أو من خلال تولي دور معين: طفيلي ملزم ولا هوائي ملزم.
  • العوامل الممرضة: أي كائن حي أو مادة قادرة على إحداث المرض مثل البكتيريا أو الفيروسات أو الكائنات الأولية أو الفطريات ، وخاصة الكائنات الدقيقة. لا تعتبر الكائنات الحية الدقيقة من مسببات الأمراض حتى تصل إلى حجم سكانية كبير بما يكفي لإحداث المرض.
  • مغرم: كائن يعيش في ظروف قاسية من درجة الحرارة والملوحة وما إلى ذلك. إنها مهمة تجاريًا كمصدر للإنزيمات التي تعمل في ظل ظروف مماثلة.

تصنيف الكائنات الدقيقة في الطب

العامل الممرض (المعروف بالعامية باسم الجرثومة) هو عامل معدي يسبب المرض في مضيفه. في الطب ، هناك عدة أنواع واسعة من مسببات الأمراض: الفيروسات والبكتيريا والفطريات والطفيليات حقيقية النواة والبريونات.

بكتيريا

على الرغم من أن معظم البكتيريا غير ضارة ، إلا أنها مفيدة ، إلا أن القليل منها ممرض. لكل نوع مُمْرِض طيف مميز من التفاعلات مع مضيفيه من البشر.

بشكل مشروط ، تكون البكتيريا المسببة للأمراض مسببة للأمراض فقط في ظل ظروف معينة مثل الجرح الذي يسمح بدخول الدم ، أو انخفاض في وظيفة المناعة. يمكن أيضًا تصنيف الالتهابات البكتيرية حسب الموقع في الجسم ، على سبيل المثال ، المهبل والرئتين والجلد والحبل الشوكي والدماغ والمسالك البولية.

عند التعرف على البكتيريا في المختبر ، يتم استخدام الخصائص التالية: تلطيخ الجرام ، والشكل ، ووجود كبسولة ، وميل الترابط (منفردة أو في أزواج) ، والحركة ، والتنفس ، ووسط النمو ، وما إذا كان داخل الخلايا أو خارجها.

تم تصميم تقنيات الاستزراع للنمو والتعرف على بكتيريا معينة ، مع تقييد نمو البكتيريا الأخرى في العينة. غالبًا ما يتم تصميم هذه التقنيات لعينات محددة: على سبيل المثال ، سيتم معالجة عينة من البلغم لتحديد الكائنات الحية التي تسبب الالتهاب الرئوي. بمجرد عزل الكائن المُمْرِض ، يمكن تمييزه بشكل أكبر بمورفولوجيته وأنماط نموه (الهوائية أو اللاهوائية) وأنماط انحلال الدم والتلطيخ.

الفيروسات

على غرار أنظمة التصنيف المستخدمة للكائنات الخلوية ، فإن تصنيف الفيروسات هو موضوع نقاش مستمر بسبب طبيعتها الزائفة الحية. في الأساس ، هي جسيمات غير حية لها بعض الخصائص الكيميائية المشابهة لتلك الموجودة في الحياة ، وبالتالي فهي لا تتناسب بدقة مع نظام تصنيف بيولوجي راسخ.

تصنف الفيروسات بشكل رئيسي حسب الخصائص المظهرية ، مثل:

  • علم التشكل المورفولوجيا
  • نوع الحمض النووي
  • طريقة النسخ المتماثل
  • الكائنات المضيفة
  • نوع المرض الذي تسببه

يوجد حاليًا نظامان رئيسيان يستخدمان لتصنيف الفيروسات: (1) نظام اللجنة الدولية لتصنيف الفيروسات (ICTV) و (2) نظام تصنيف بالتيمور ، الذي يضع الفيروسات في واحدة من سبع مجموعات. حتى الآن ، تم إنشاء ستة أوامر من قبل ICTV:

  • كودوفيراليس
  • الهربس
  • مونونيغافيراليس
  • نيدوفيراليس
  • بيكورنافيراليس
  • تيموفيراليس

تشمل هذه الأوامر الفيروسات ذات نطاقات مضيف مختلفة ، بعضها فقط يصيب المضيفات البشرية.

تصنيف بالتيمور هو نظام يضع الفيروسات في واحدة من سبع مجموعات اعتمادًا على مجموعة من:

  • حمضهم النووي (DNA أو RNA)
  • تقطعت بهم السبل (مفردة أو مزدوجة)
  • يشعر
  • طريقة النسخ المتماثل

يتم تحديد التصنيفات الأخرى حسب المرض الناجم عن الفيروس أو شكله ، ولا يعتبر أي منهما مرضيًا لأن الفيروسات المختلفة يمكن أن تسبب نفس المرض أو تبدو متشابهة جدًا. بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما يصعب تحديد الهياكل الفيروسية تحت المجهر. إن تصنيف الفيروسات وفقًا لجينومها يعني أن أولئك الموجودين في فئة معينة سوف يتصرفون جميعًا بطريقة مماثلة ، مما يوفر بعض الدلائل على كيفية المضي قدمًا في مزيد من البحث.

تتسبب الكائنات الحية الأخرى دائمًا في حدوث المرض لدى البشر ، مثل إلزام الطفيليات داخل الخلايا القادرة على النمو والتكاثر فقط داخل خلايا الكائنات الحية الأخرى.

فئات الكائنات الدقيقة في علم البيئة

في علم البيئة ، تصنف الكائنات الحية الدقيقة حسب نوع الموطن الذي تتطلبه ، أو المستوى الغذائي ، ومصدر الطاقة ومصدر الكربون.

نوع الموطن

وجد علماء الأحياء أن الحياة الميكروبية تتمتع بمرونة مذهلة للبقاء في البيئات القاسية التي قد تكون غير مضيافة تمامًا للكائنات الحية المعقدة. حتى أن البعض استنتج أن الحياة ربما تكون قد بدأت على الأرض في فتحات حرارية بعيدة تحت سطح المحيط.

ان مغرم هو كائن حي يزدهر في ظروف جسدية أو جيوكيميائية قاسية ، مما يضر بمعظم الحياة على الأرض. معظم الكائنات الحية المتطرفة المعروفة هي الميكروبات. المجال العتيقة يحتوي على أمثلة مشهورة ، ولكن الكائنات المتطرفة موجودة في العديد من السلالات الجينية المتنوعة لكل من البكتيريا والعتيقة. في المقابل ، يمكن تسمية الكائنات الحية التي تعيش في بيئات أكثر اعتدالًا ميسوفيليس أو العدلات.

هناك العديد من الفئات المختلفة من الأشخاص المتطرفين ، كل منها يتوافق مع الطريقة التي يختلف بها مكانتها البيئية عن ظروف الحياة المتوسطة. العديد من المتطرفين تندرج تحت فئات متعددة ويطلق عليهم بوليكستريموفيليس. بعض الأمثلة على أنواع المتطرفين:

  • أسيدوفيل: كائن حي يتمتع بنمو مثالي عند مستويات pH 3 أو أقل
  • زيروفيل: كائن حي يمكن أن ينمو في ظروف شديدة الجفاف والجفاف تتمثل في ميكروبات التربة في صحراء أتاكاما.
  • الهالوفيل: كائن حي يتطلب على الأقل تركيزات 0.2M من الملح (كلوريد الصوديوم) للنمو
  • ثرموفيل: كائن يمكن أن يعيش في درجات حرارة تتراوح بين 45-122 درجة مئوية

المستوى الغذائي ومصدر الطاقة ومصدر الكربون

الأنماط الغذائية للكائن الحي: مخطط انسيابي لتحديد ما إذا كان النوع ذاتي التغذية أو غير متجانسة أو نوع فرعي.

  • فوتوتروفس: إجراء التقاط الفوتون للحصول على الطاقة. يستخدمون الطاقة من الضوء لتنفيذ عمليات التمثيل الغذائي الخلوي المختلفة. فهي ليست ضوئية إجبارية. معظم الصور الفوتوغرافية المعروفة هي التغذية الذاتية، المعروف أيضًا باسم فوتوتروفسويمكنه إصلاح الكربون.
  • التغذية الضوئية: إنتاج ATP من خلال الفسفرة الضوئية ولكن استخدام المركبات العضوية التي تم الحصول عليها بيئيًا لبناء الهياكل والجزيئات الحيوية الأخرى.
  • Photolithoautotroph: كائن ذاتي التغذية يستخدم الطاقة الضوئية ، ومتبرع إلكتروني غير عضوي (على سبيل المثال ، H2أوه2، ح2S) و CO2 كمصدر للكربون.
  • التغذية الكيميائية: الحصول على طاقتهم من خلال أكسدة المتبرعين بالإلكترون في بيئاتهم.
  • كيميائي عضوي: الكائنات الحية التي تؤكسد الروابط الكيميائية في المركبات العضوية كمصدر للطاقة وتحصل على جزيئات الكربون التي تحتاجها للوظيفة الخلوية. تشمل هذه المركبات العضوية المؤكسدة السكريات والدهون والبروتينات.
  • المواد الكيماوية التغذوية (أو التغذية العضوية) تستغل المركبات منخفضة الكربون كمصادر للطاقة ، مثل الكربوهيدرات والدهون والبروتينات من النباتات والحيوانات. المواد الكيميائية المغايرة (أو حصريةغيرية التغذية) استخدام المواد غير العضوية لإنتاج ATP ، بما في ذلك كبريتيد الهيدروجين والكبريت الأولي.
  • ليثوتوتروف: تستمد الطاقة من المركبات المختزلة ذات الأصل المعدني. قد يشار إليها أيضًا باسم كيميائيات، مما يعكس مسارات التمثيل الغذائي ذاتية التغذية. lithoautotrophs هي ميكروبات حصرية ومعظمها من البكتيريا. بالنسبة للبكتيريا lithoautotrophic ، يمكن استخدام الجزيئات غير العضوية فقط كمصادر للطاقة.
  • ميكسوتروف: يمكن استخدام مزيج من مصادر مختلفة للطاقة والكربون. قد تكون هذه بدائل بين التغذية الضوئية والكيميائية ، بين التغذية الصخرية والعضوية ، بين التغذية الذاتية وغيرية التغذية أو مزيج منها. يمكن أن تكون حقيقية النواة أو بدائية النواة.

اختلاف الشكل في فيروسات الهربس المختلفة: فيروسات مختلفة من عائلة Herpesviridae شوهدت باستخدام صورة مجهرية إلكترونية. من بين هؤلاء الأعضاء الحماق النطاقي (جدري الماء) ، والهربس البسيط من النوع 1 و 2 (HSV-1 ، HSV-2).


شاهد الفيديو: تكنولوجيا الحمض النووي DNA (كانون الثاني 2023).