معلومة

6.13: 6. 13- آليات التحكم الميكروبي - علم الأحياء

6.13: 6. 13- آليات التحكم الميكروبي - علم الأحياء


We are searching data for your request:

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

6.13: 6. 13- آليات التحكم الميكروبي

يمكن أن يؤدي عدم التجانس السلوكي في استشعار النصاب إلى استقرار التعاون الاجتماعي في التجمعات الميكروبية

خلفية: المجتمعات الميكروبية معرضة لمعضلة المنافع العامة ، حيث يمكن للأفراد الحصول على ميزة داخل المجموعة من خلال استخدام السلع العامة ، ولكن بدون تقاسم تكلفة إنتاجها. في البكتيريا ، يمكن لتطوير استشعار النصاب (QS) إنشاء نظام تعاون بين السكان من خلال تنسيق إنتاج منتجات خارج الخلية مكلفة وقابلة للمشاركة (سلع عامة). إن المتعاونين الذين لديهم نظام QS سليم وقدرة قوية في إنتاج السلع العامة معرضون للتقويض بسبب أوجه القصور في QS التي تفلت من QS ولكنها تستفيد من تعاون الآخرين. على الرغم من أن الكائنات الحية الدقيقة قد طورت عدة آليات لمقاومة الغش الغش في لعبة السلع العامة ، إلا أنه ليس من الواضح سبب تعايش المتعاونين مع المنشقين في كثير من الأحيان وكيف يشكلون توازنًا مستقرًا نسبيًا أثناء التطور.

نتائج: لقد أظهرنا أنه في Pseudomonas aeruginosa ، يمكن للتعاون الاجتماعي الموجه من QS تحديد استراتيجية الانشقاق الشرطي قبل ظهور المنشقين QS-mutant ، اعتمادًا على توفر الموارد. يمثل المنشقون الشرطيون حالة غير نشطة من نوع QS من النوع البري (متعاون) ويمكنهم غزو المتعاونين الذين تم تنشيطهم بواسطة QS من خلال اعتماد استراتيجية الغش ، ثم العودة إلى التعاون عندما تكون هناك إمدادات مغذية وفيرة بغض النظر عن استغلال QS-mutant defector. توضح النمذجة الرياضية لدينا أيضًا أن دمج استراتيجية الانشقاق الشرطي في إطار لعبة السلع العامة المتكررة مع آلية العقاب السليمة يمكن أن يؤدي إلى تعايش المتعاون والمنشق الشرطي والمنشق في ديناميات مقص الورق الصخري.

الاستنتاجات: تسلط هذه النتائج الضوء على أهمية عدم التجانس السلوكي في استقرار البنية السكانية وتقديم تفسير معقول محتمل للحفاظ على التعاون وتطوره في المجتمعات الميكروبية.

الكلمات الدالة: الانشقاق الشرطي Evolution النمذجة الرياضية لعبة السلع العامة استشعار النصاب علم الأحياء الاجتماعي.


نتائج

من أجل قياس الاختلافات التركيبية والوظيفية بين الميكروبات المعوية للأفراد الأصحاء والمتضررين من مرض التهاب الأمعاء ، تم جمع 231 عينة براز وخزعة من سجل منطقة Ocean State Crohn's و Colitis Area (OSCCAR) والسجل المحتمل في دراسة IBD في MGH (PRISM) ) قاعدة البيانات. OSCCAR عبارة عن مجموعة IBD قائمة على أساس الدولة ، و PRISM عبارة عن مجموعة IBD المرتقبة القائمة على مركز الإحالة (انظر المواد والأساليب). تتألف العينات من 136 عينة برازية و 95 عينة من القولون أو الأمعاء الدقيقة ، نشأت من مقطع عرضي لـ 121 مريضًا بالقرص المضغوط ، و 75 مريضًا من جامعة كاليفورنيا ، و 27 عنصر تحكم صحي ، و 8 غير محدد (الجدول 1). بالإضافة إلى المعلومات العامة مثل الجنس والعمر ، والبيانات المتعلقة بخصائص المرض (التضاريس ، نشاط المرض كما تم قياسه بواسطة مؤشر هارفي برادشو (HBI) ومؤشر نشاط التهاب القولون البسيط) ، العلاج (المضادات الحيوية ، الكورتيكوستيرويدات ، الميزالامين ، مثبط المناعة) ، والتعرض البيئي (تعاطي التبغ) تم جمعها من كل موضوع وتحليلها. تم استخراج الحمض النووي من عينات البراز والخزعات ، وتم تضخيم الجين 16S rRNA وتسلسله باستخدام تقنية 454. ثم تمت معالجة التسلسلات الناتجة باستخدام محدد في السيليكو خط أنابيب لتنظيف التسلسل وتخصيص النمط النسبي (انظر المواد والطرق). في نهاية هذه العملية ، كان متوسط ​​عمق التسلسل 2860 قراءة لكل عينة. تم التحقق من صحة هذه البيانات لأول مرة من خلال المقارنة مع العمل السابق ، مع تلخيص التغييرات التي لوحظت سابقًا في تكوين المجتمع الميكروبي خلال IBD وعزو العديد منها إلى العلاج أو البيئة المضيفة. تم ربطهم لاحقًا بالجينومات المرجعية من أجل اكتشاف التحويرات المرتبطة بالأمراض للوظيفة الميكروبية والتمثيل الغذائي. تعرضت مجموعة فرعية من 11 عينة (7 صحية ، 4 أقراص مضغوطة) لتسلسل بندقية الجينوم الكامل باستخدام منصة Illumina MiSeq بمتوسط ​​عمق 119 ميغا نيوكليوتيدات لكل عينة من أجل تأكيد هذه الاستنتاجات الوظيفية.

تقييم التباين الكبير في بنية الميكروبيوم مع حالة عيبد المضيف والمعالجة والبيئة

استخدمنا نهجًا إحصائيًا متناثرًا متعدد المتغيرات لربط النمط الظاهري للمرض ببنية ووظيفة الميكروبيوم أثناء حساب الارتباطات المحتملة والعوامل المربكة مثل العلاج أو التدخين. تم أولاً اختيار ميزات البيانات الوصفية المرتبطة بكل كليد باستخدام التعزيز ، ثم تم تقييم أهمية هذه الارتباطات باستخدام نموذج خطي متعدد المتغيرات مع تصحيح معدل الاكتشاف الخاطئ (انظر المواد والطرق). لقد بحثنا أولاً في الارتباط الناتج عن الكتل الميكروبية مع IBD ومع ميزات مجموعاتنا ، واختبرنا جميع البيانات الوصفية والكتل المتاحة من الجنس إلى مستويات اللجوء. كشف رسم العلاقات الشاملة بين العينات وحالة المضيف عن عدة مجموعات رئيسية من العوامل البيئية التي تتنوع مع الميكروبيوم (الشكل 1 ، ملف إضافي 1). على سبيل المثال ، تمت مشاركة جامعة كاليفورنيا في هذه الفئة من السكان بعلاج الميسالامين ، في حين تم تقييم مرضى القرص المضغوط في كثير من الأحيان عن طريق الخزعة ، وعلاجهم بمثبطات المناعة ، وإثرائهم من أجل الإشريكية. يعكس التشابه بين تركيبات الميكروبيوم في الأنواع الفرعية للمرض تلك التي تمت ملاحظتها سابقًا [34 ، 35] ، حيث يمثل القرص المضغوط اللفائفي (iCD) مجموعة خارجية قوية ، و UC نمط ظاهري ميكروبي أقل بشكل عام (أقل اختلافًا عن الأشخاص الأصحاء) ، و non-iCD a واسع توزيع تكوينات الميكروبيوم.

تباين بنية المجتمع الميكروبي في مرض التهاب الأمعاء مع العلاج ، والبيئة ، والقياسات الحيوية ، ونوع المرض الفرعي. تم رسم عينات البراز والخزعة من 228 مريضًا بمرض التهاب الأمعاء وضوابط صحية على شكل مربعات (قرص اللفائفي) أو دوائر (غير متضمنة اللفائفية) وملونة حسب حالة المرض. تُظهر المحاور أول مكونين من التباين الكلي كما هو محدد بواسطة تحليل العوامل المتعددة (انظر المواد والطرق). يظهر التباين في وجود العوامل السريرية (جريئة) وفي الأصناف الميكروبية (مائل). أصل العينة (الخزعة مقابل البراز) هو العامل الوحيد الأكثر تأثيرًا في تحديد بنية المجتمع الميكروبي ، مصحوبًا بعمر المضيف وأنواع العلاج والمرض (خاصة القرص اللفائفي).

كان أحد الاعتبارات المهمة التي أبلغت ما تبقى من تحليلنا ، والذي غالبًا ما يتم تجاهله في دراسات الميكروبيوم ، هو التباين المتسق بين حالة المرض ، وجوانب بيئة الموضوع ، وهيكل الميكروبيوم. على سبيل المثال ، لم يكن العامل الأكثر ارتباطًا بالتغيرات في تكوين الميكروبيوم هو المرض ولكن ما إذا كان أصل العينة هو البراز أو الخزعة. تسبب موقع الخزعة في تغييرات طفيفة في تكوين الميكروبيوم (ملفات إضافية 2 و 3 و 4) فيما يتعلق بالاختلافات الشديدة بين مجتمعات البراز والخزعة ، بالاتفاق مع الدراسات السابقة [36 ، 37]. في هذه المجموعة ، تم تمثيل iCD دائمًا بالخزعة ، في حين أن 18.4٪ من عينات non-iCD و 36٪ من عينات UC كانت خزعات. ارتبط iCD أيضًا باحتمالية أكبر للعلاج المثبط للمناعة: تم علاج مرضى iCD و non-iCD و UC بواسطة مثبطات المناعة في 74.4 ٪ و 19.2 ٪ و 16 ٪ من العينات ، على التوالي. في المقابل ، كانت الحالات غير iCD و UC أكثر عرضة للعلاج بالميسالامين أو المضادات الحيوية: تم استخدام الميسالامين في 30.2٪ من عينات iCD ، و 69.2٪ من عينات non-iCD ، و 77.3٪ من عينات UC ، بينما تم استخدام المضادات الحيوية في 2.3٪ من iCD ، 17.9٪ من غير iCD ، و 13.3٪ من عينات UC. تؤدي هذه الارتباطات إلى مجموعة من المتغيرات المشتركة غير المستقلة. على الرغم من أن نشاط المرض قد يؤثر على تكوين الميكروبيوم ، إلا أنه بعد تعديل العوامل الأخرى ، لم يكن مرتبطًا بشكل مستقل بتحول معين في تكوين الميكروبيوم في تحليلنا ، ولم يكن هناك (ص & lt 0.01) الارتباط بين تكوين الميكروبيوم والجنس (ملف إضافي 5).

كان العامل الثاني المستقل إلى حد كبير الذي يؤثر على تكوين الميكروبيوم هو العمر ، وهو نفسه مرتبط سلبًا بالتدخين (الشكل 1 ، ملف إضافي 1). كان أربعة وعشرون (10.4 ٪) من الأشخاص المتاحين أقل من 18 عامًا و 26 كانوا 60 عامًا أو أكثر. الشيخوخة مرتبطة بالتغيرات المستمرة في الميكروبيوم ، في المقام الأول انخفاض تدريجي في Bifidobacterium كما لوحظ هنا (ملف إضافي 6) وآخرين [38 ، 39]. بعد مراقبة هذه الأنماط العامة من التباين بين المرض والعلاج والبيئة وتكوين ميكروبيوم الأمعاء ، واصلنا تحليلنا فقط بعد تقييم أهمية ارتباطات أمراض الميكروبيوم بطريقة متعددة المتغيرات لمراعاة البيئة المضيفة والعلاج.

تشمل الكتل الميكروبية الوفيرة بشكل تفاضلي على وجه التحديد في مرض التهاب الأمعاء ، الورد الوردي ، والمكورات المجهرية ، والبكتريا المعوية

بعد التعديل لهذه المتغيرات المشتركة ، قررنا أن الكتل الجرثومية تختلف اختلافًا كبيرًا في الوفرة بين الأشخاص الأصحاء و IBD (الشكل 2 أ ملف إضافي 1). يعتبر هذا العمر والتدخين وعوامل العلاج (مثبطات المناعة ، الكورتيكوستيرويدات ، الميسالامين ، المضادات الحيوية) ، بالإضافة إلى نشاط المرض في أخذ العينات ونوع العينة (البراز أو الخزعة). نوعان من الأنماط على مستوى الجنس ، الورد الوردي و Phascolarctobacterium، تم تخفيضها بشكل كبير في كل من UC و CD ، بينما المطثية زاد ، كل ذلك بمعدل اكتشاف خاطئ q & lt 0.2. بيلة الورد هو clade XIVa Clostridia وبالتالي يرتبط بإنتاج الخلايا التائية التنظيمية المضادة للالتهابات في القناة الهضمية [40]. مثقف بيلة الورد تم وصفها كمستخدمي الأسيتات ومنتجي الزبدات [41] ، أثناء الاستزراع Phascolarctobacterium هم مستهلكون للسكسينات على وجه الحصر ، وينتجون بروبيونات عند زراعته بشكل مشترك مع بارابريفوتيلا [42]. وبالتالي ، فإن انخفاض المرتبط بـ IBD في بيلة الورد و Phascolarctobacterium قد يعكس انخفاضًا في إنتاج الزبدات والبروبيونات.

ارتباطات كبيرة لوفرة الجراثيم وبيئة المجتمع مع مرض التهاب الأمعاء والعلاج. (أ) التوزيع التصنيفي للكتل ذات الأهمية للمرض والتورط اللفائفي. يتم شرح الكتل الوفيرة غير المرتبطة بشكل كبير بـ IBD باللون الرمادي للسياق (أعلى نسبة 90 مئوية لا تقل عن 10 ٪ من العينات بما في ذلك 5+ أجناس). تتناسب أحجام العقدة (غير المرتبطة) مع سجل متوسط ​​وفرة الكليد. (ب) أهمية ارتباط بيئة العينة بالمرض (CD / UC ، ileal / pancolonic) ، العلاج (المضادات الحيوية ، كبت المناعة ، الميسالامين ، المنشطات) ، والبيئة (التدخين ، البراز / مصدر عينة الخزعة). تم حساب التنوع (فهرس سيمبسون) ، والتكافؤ (فهرس بيلو) ، والثراء (تشاو 1) لكل مجتمع (انظر المواد والأساليب). معدل الاكتشاف الخاطئ لقيم q هي -log10 تم تحويلها من أجل التصور ، بحيث تتوافق القيم & gt 0.60 مع q & lt 0.25. يرتبط العلاج بالمضادات الحيوية ارتباطًا وثيقًا بتنوع أقل ، كما أن عينات البراز تزداد تنوعًا بالنسبة للخزعات.

انخفض Ruminococcaceae ، وهو منتج للأسيتات [43] ، في القرص المضغوط ، بينما انخفض Leuconostocaceae ، الذي ينتج الأسيتات واللاكتات [44] ، في جامعة كاليفورنيا. كان الكليد الرئيسي الوحيد مع زيادة كبيرة في الوفرة الخاصة بالقرص المضغوط هو Enterobacteriaceae ، على وجه التحديد الإشريكية / الشيغيلا. سبق أن تورطت هذه العائلة في التهاب الأمعاء [٦ ، ٤٥-٤٧].

يقدم مرض كرون مع التورط اللفائفي نمطًا ظاهريًا مميزًا للميكروبيوم بما في ذلك البكتيريا البرازية المنخفضة ، ويتم تقليل الرائحة في كل من iCD وفي جامعة كاليفورنيا في البنكولون

في مرضى القرص المضغوط الذين يعانون من تورط اللفائف ، تسلسل من عائلة Ruminococcaceae و البراز على وجه الخصوص تم تخفيضها بشكل كبير مقارنة بالمواضيع الأخرى (الشكل 2 أ) ، مما يؤكد الدراسات السابقة [48 ، 49]. البراز البرازي، الممثل المثقف الوحيد ل البراز، قادر على استقلاب كل من السكريات المشتقة من النظام الغذائي والركائز المشتقة من المضيف مثل N-acetyl glucosamine من مخاط الأمعاء [50]. كما أنه منتج رئيسي للزبدة ويظهر تأثيرات مضادة للالتهابات في التهاب القولون [51]. تمثل Ruminococcaceae الخطوة الأولى في عملية التمثيل الغذائي للكربوهيدرات المرتبطة بالميكروبيوم ، حيث تعمل على تحلل عدة أنواع من السكريات في الجهاز الهضمي السفلي ، بما في ذلك النشا ، والسليلوز ، والزيلان [21]. ال بيلة الورد الجنس ، الذي تم تقليله بشكل كبير في جميع مرضى IBD (بما في ذلك iCD) ، وترتبط بكتيريا Ruminococcaceae وظيفيًا بشكل أكبر حيث أن الأخير يستهلك الهيدروجين وينتج الأسيتات التي يمكن استخدامها بواسطة بيلة الورد لإنتاج الزبدات [41 ، 43]. وبالتالي ، فإن التخفيضات المتسقة في كل هذه الكتل قد يكون لها عواقب وظيفية على قدرة العائل على إصلاح الظهارة وتنظيم الالتهاب.

الجنس الإشريكية / الشيغيلا (لا يمكن تمييزه كنمط فصلي قائم على 16S) تم إثرائه بشكل خاص في iCD (q & lt 0.2 ملف إضافي 1) فوق وفرة عامة في مرضى القرص المضغوط. عديدات السكاريد الدهنية التي تنتجها البكتيريا سالبة الجرام مثل الإشريكية القولونية هو نمط جزيئي متعارف عليه مرتبط بالميكروبات ، يُعرف بتنشيط إشارات مستقبلات تشبه الرقم 4 (TLR4) [52] وبالتالي تحفيز سلسلة التهابية. يتم تنظيم تعبير TLR4 بدرجة عالية في الظهارة المعوية لمرضى مرض التهاب الأمعاء [53] ، وترتبط الطفرات في TLR4 بكل من CD و UC [54]. وجدت الدراسات السابقة المستندة إلى الثقافة ذلك بكتريا قولونية، خاصة بكتريا قولونية إظهار سلوكيات شبيهة بالعوامل الممرضة مثل الالتصاق والتدخل [55] ، يتم تربيتها بشكل متكرر من خزعات iCD ، وقد وجدت الدراسات المستقلة عن الثقافة إثراءً في بكتريا قولونية التي تحتوي على الجينات المرتبطة بالفوعة في iCD [6]. هذا يشير إلى أن الدقاق المتضمن للقرص المضغوط هو بيئة مواتية لإنشاء بكتريا قولونية بميزات باثوبيونت ، والتي قد يكون لها آثار على تفاقم مرض التهاب الأمعاء وإزمتها. قد يوفر الدقاق الملتهب مكانة متخصصة تسمح للميكروبات بتحسين اللياقة في الظروف الملتهبة.

أشد أشكال التهاب القولون التقرحي شدة هو التهاب البنكرياس ، حيث يؤثر التهاب البنكرياس على القولون بأكمله ، وترتبط هذه الحالة بزيادة خطر الإصابة بسرطان القولون [56]. المرضى الذين يعانون من التهاب البنكرياس لم يكن لديهم خصوصية واضحة في دسباقتريوز. ومع ذلك ، كان كل من هؤلاء المرضى ومرضى iCD لديهم وفرة منخفضة من الرائحة الجنس ، الذي ينتمي إلى عائلة البورفيروموناداسي وفصيلة العصويات. كما حشرجة الرائحة هو منتج معروف للأسيتات ، والبروبيونات ، والزبدات [57] ، وقد انخفض الرائحة قد يؤثر على التهاب العائل عن طريق انخفاض توافر SCFA.

يرتبط تكوين الميكروبيوم ارتباطًا وثيقًا بعمر الموضوع والعلاج والتدخين وعينة الجغرافيا الحيوية

في عملية تحديد اضطرابات الميكروبيوم الخاصة بـ IBD ، حلل نموذجنا متعدد المتغيرات في وقت واحد التأثيرات المتنوعة المدهشة للعوامل البيئية والمعالجة على المجتمعات الميكروبية في GI (انظر التحديد في الشكل 3 بيانات كاملة في ملف إضافي 1). لاحظنا وجود علاقة كبيرة بين زيادة العمر وتناقصه Bifidobacterium (ملف إضافي 6). انخفضت حقبة Firmicutes أيضًا بشكل كبير بينما زادت Bacteroides مع تقدم العمر في هذه المجموعة (ملف إضافي 1) وهذا يتفق مع الدراسات السابقة [38 ، 39] وربما يعكس التغييرات المتعلقة بالنظام الغذائي أو كتلة الجسم مع زيادة العمر ، والتي لم يتم قياسها بشكل مباشر في هذه الموضوعات ، أو تعديلات الأيض المضيف [58].

حدد المجموعات الميكروبية المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالبيئة المضيفة والعلاج. تناقص الأنيروستيبس بشكل ملحوظ في مجتمعات أمعاء المدخنين ، و Dorea ، Butyricicoccus، و Coriobacteriaceae كانت من بين الأصناف الأكثر انخفاضًا في المرضى الذين يتلقون المضادات الحيوية (Abx). كانت هذه الارتباطات مهمة حتى في نموذج متعدد المتغيرات يمثل عينة من الجغرافيا الحيوية وحالة المرض. الجذر التربيعي الجذر التربيعي.

حاسمة لتحديد السببية في الروابط بين IBD وميكروبيوم الأمعاء ، كما ارتبطت علاجات IBD بالتغيرات في تكوين الميكروبيوم. Mesalamine (5-aminosalicylic acid) هو دواء أمينوساليسيلات خاص بالأمعاء. على الرغم من أن طريقة عملها الدقيقة غير معروفة ، إلا أنه يُعتقد أنها تعمل كمضاد للأكسدة وتقليل الالتهاب المعوي ، جزئيًا عن طريق تنشيط مستقبلات (PPARγ) المنشط بالبيروكسيسوم وتثبيط إنتاج NFκB والإيكوزانويد المؤيد للالتهابات. هنا ، ارتبط استخدامه بتخفيضات قوية في الإشريكية / الشيغيلا (& gt 100٪ من متوسط ​​الوفرة ، q & lt 0.04 ملف إضافي 7) ، بالاتفاق مع دراسة حديثة [59]. ارتبط كل من حمض 5-أمينوساليسيليك والعلاج المثبط للمناعة بزيادات متواضعة في المكورات المعوية، الجنس الوحيد المضطرب في المرضى الذين عولجوا بكبت المناعة مع انخفاض معدل الاكتشاف الخاطئ (أيضًا & gt 100٪ من متوسط ​​الوفرة ، q & lt 0.09).

كانت المضادات الحيوية من بين أقوى العوامل المرتبطة بانخفاض التنوع البيئي (الشكل 2 ب). تم تقليل العديد من الكتل الفردية بشكل كبير أو شبه غائبة بعد إعطاء المضادات الحيوية ، بما في ذلك Collinsella ، Dorea ، Butyricicoccus ، Subdoligranulum، و أسيتيفبريو (الكل q & lt 0.2 ملف إضافي 1). هذه الأجناس هي في الغالب من رتبة المطثيات ، البكتيريا موجبة الجرام واللاهوائية التي تستهدفها المضادات الحيوية التي يشيع استخدامها في مرض التهاب الأمعاء ، مثل سيبروفلوكساسين وميترونيدازول.

من المحتمل أن يكون التدخين هو العامل البيئي الأكثر شهرة الذي يؤثر على مرض التهاب الأمعاء [60]. وهو مرتبط بزيادة مخاطر الإصابة بالقرص المضغوط والعكس بالعكس هو وقائي تجاه تطوير UC [61]. كان الكائن الوحيد الشائع الذي ارتبط به استخدام التبغ لدى هؤلاء الأفراد أنيروستيبس (Firmicutes phylum) ، التي انخفضت (& gt 60٪ متوسط ​​الوفرة ، q & lt 0.15 الشكل 3) في متعاطي التبغ الحاليين أو السابقين ، بعد أي تغيير يرجع فقط إلى متوسط ​​عمر المدخنين الأعلى. ال أنيروستيبس يمكن أن تستخدم الأجناس اللاكتات لإنتاج الزبدات [62] ، وهو أمر مفيد لصحة القولون.

أخيرًا ، كما ذكرنا سابقًا ، اختلفت عينات البراز بشدة في تكوين الميكروبيوم (ملف إضافي 2) على عكس الخزعات المخاطية. تم إثراء أكثر من 70 فصيلة بشكل كبير أو ناقص في عينات البراز بالنسبة للخزعات عند q & lt 0.2. امتد هذا التأثير إلى الشعب بأكمله ، حيث كانت الثباتات أكثر وفرة في البراز (ملف إضافي 1). يحدد الموائل الميكروبية تكوين المجتمعات الميكروبية [36] في الجهاز الهضمي ، وقد اقترح أن يحدث هذا على المقاييس الجغرافية الحيوية للمناطق المعوية [37 ، 63] أو حتى مليمترات منفصلة [64 ، 65] ، وقد تكون الاختلافات اللمعية / المخاطية منزعج أكثر من تحضير الأمعاء قبل تنظير القولون [66]. لم تشير البيانات إلى أن المجتمعات اللمعية والأغشية المخاطية كانت مستقلة بدلاً من ذلك ، فقد احتفظت جميع القوالب الأربعة عشر المرتبطة بشكل كبير بـ IBD بنفس الاتجاه عند التقسيم الطبقي حسب مصدر العينة (ملف إضافي 8).يبدو أن الميكروبيوم البرازي ينقل وظيفة متسقة ولكنها محولة عدديًا لمجتمعات الغشاء المخاطي ، وكلاهما تحول في تكوينه بالاقتران مع البيئة المضيفة والعلاج والمرض.

في تحليل دقيق للجغرافيا الحيوية للأمعاء كما تنعكس في الخزعات المأخوذة من مناطق متميزة ، كانت الاختلافات في معظم الكتل متواضعة ومرتبطة إلى حد كبير بالتغيرات الموصوفة سابقًا في الرقم الهيدروجيني (ملفات إضافية 2 و 3 و 9) [67]. تضمنت الواجهات ذات التغييرات الإقليمية الأكبر بيلة الورد و Ruminococcaceae ، مع وفرة أقل في اللفائفي الطرفي ذي الرقم الهيدروجيني المنخفض ، والقولون المستعرض ، والقولون الأيمن Alistipes، باتباع نمط مماثل و فوسوباكتيريا و Enterobacteriaceae ، مع وجود نمط معاكس لزيادة الوفرة إلى حد ما في الدقاق والقولون الأيمن. نظرًا لأن الأول قد ارتبط أيضًا بالبيئة المكروية لسرطان القولون والمستقيم في العمل السابق [68 ، 69] ، فمن الجدير بالذكر أن هذه الاختلافات في الكائنات الحية الدقيقة فيما يتعلق بالجغرافيا الحيوية ودرجة الحموضة مماثلة لتلك التي لاحظناها فيما يتعلق بـ IBD وربما حالة الأكسدة والاختزال كما هو مفصل أدناه.

تتأثر الوفرة الميتاجينومية لمسارات التمثيل الغذائي الميكروبي باستمرار في مرض التهاب الأمعاء أكثر من وفرة الكائنات الحية

واصلنا تحليلنا من خلال الجمع بين تكوين المجتمع مع أكثر من 1200 جينوم مشروح من موسوعة كيوتو للجينات والجينوم (KEGG) كتالوج [70]. تم استخدام الجينات المشروحة داخل كل جينوم مرجعي متاح لتوفير كتالوج جيني تقريبي لكل مجتمع (انظر المواد والطرق) ، والذي قمنا بإعادة بنائه في مسارات التمثيل الغذائي (الشكل 4) والوحدات النمطية الأصغر والعمليات البيولوجية (الشكل 5 ملف إضافي 10) مثل وصفت سابقا [71]. ثم ارتبطت وفرة المسار والوحدة والعملية بالمرض والبيئة المضيفة باستخدام نفس النموذج المتناثر متعدد المتغيرات الذي تم من خلاله تقييم الوفرة الميكروبية (ملفات إضافية 11 و 12 و 13).

مسارات التمثيل الغذائي الميكروبي مع وفرة متغيرة بشكل كبير في مجتمعات الأمعاء لمرضى مرض التهاب الأمعاء. يتم تلوين وفرة مسارات التمثيل الغذائي KEGG في عينات الميكروبيوم حسب الحالة المرضية ، وعند الضرورة ، يتم تقسيمها إلى طبقات من خلال التداخل اللفائفي. تم تقليل التمثيل الغذائي الأساسي (على سبيل المثال ، معظم التخليق الحيوي للأحماض الأمينية) وإنتاج SCFA بكثرة في المرض ، في حين أن التخليق الحيوي ونقل المركبات المفيدة للإجهاد التأكسدي (على سبيل المثال ، الكبريت ، السيستين ، الريبوفلافين) والالتصاق / التسبب في المرض (على سبيل المثال ، الإفراز ).

وحدات التمثيل الغذائي الصغيرة والعمليات البيولوجية ذات الوفرة المتغيرة بشكل كبير في ميكروبيوم IBD. (أ ، ب) تم تقييم وحدات KEGG الصغيرة (عادةً من 5 إلى 20 جينًا) (أ) والعمليات البيولوجية المحددة بشكل مستقل من علم الوجود الجيني (ب) من أجل الارتباط الكبير بالمرض والتورط اللفائفي كما في الشكل 4. التمثيل الغذائي المرتبط بالإجهاد التأكسدي (على سبيل المثال ، الجلوتاثيون ونقل الكبريتات) والضمور العضلي الشبيه بالمرض (على سبيل المثال ، N-acetylgalactosamine وامتصاص الأحماض الأمينية) ، في حين أن العديد من عمليات التخليق الحيوي الأساسية أقل وفرة.

بالنظر فقط إلى التباين بين IBD (CD أو UC) والأشخاص الأصحاء ، كانت 24 من 200 (12 ٪) من إجمالي وحدات التمثيل الغذائي وفيرة بشكل تفاضلي عند q & lt 0.2. هذا في تناقض صارخ مع التحولات الميكروبية التي نوقشت أعلاه ، حيث وصلت 6 فقط من 263 (2 ٪) على مستوى الجنس إلى عتبة الأهمية هذه. حتى في حالة عدم وجود البيانات الميتاجينومية أو بيانات الترانسكربتوماتية والاستفادة فقط من الجينات والمسارات في الجينومات المرجعية المرتبطة بهذه المجتمعات ، كانت التغييرات في الوظيفة الميكروبية أكثر اتساقًا من التغييرات في بنية المجتمع. وقد لوحظ هذا في المجتمعات البيئية [72] واقترح فيما يتعلق بالسمنة والقياسات الحيوية الأخرى [73 ، 74] ، ولكن حتى الآن لم يتم الإبلاغ عن خلل التنسج المرتبط بالأمراض أو داء الأمعاء الالتهابي.

لقد تحققنا من صحة هذه التحولات الوظيفية عن طريق التسلسل الميتاجينومي للبندقية لمجموعة فرعية صغيرة من العينات المتاحة مع الحمض النووي المناسب للبراز وسبعة عناصر تحكم صحية وأربعة مرضى قرص مضغوط (ملف إضافي 14). تم تسلسل هذه إلى عمق ضحل بمتوسط ​​119 ميغا نيوكليوتيد لكل عينة من 150 نيوكليوتيد مقترن بقراءة Illumina MiSeq ، مما يقلل من حدنا الفعال للاكتشاف ولكن يوفر اتفاقًا وثيقًا مع التحولات الأيضية المستنتجة في IBD metagenome. من بين الوحدات الموضحة أدناه وفي الشكل 5 ، انخفض أحدها (التخليق الحيوي للكوبالامين) إلى ما دون حد الكشف ، واحتفظت الوحدات الست المتبقية بالاتجاه المتوقع للإثراء الزائد أو الناقص في مرض كرون ، كما فعلت العمليات الإضافية المفصلة أدناه ، بما في ذلك تحلل السكر وإفراز البكتيريا.

يتم تقليل التخليق الحيوي للأحماض الأمينية واستقلاب الكربوهيدرات في ميكروبيوم IBD لصالح امتصاص المغذيات

لاحظنا أنه حتى التمثيل الغذائي الأساسي للميكروبيوم في الجهاز الهضمي قد تغير في كل من جامعة كاليفورنيا والقرص المضغوط. أظهر استقلاب الأحماض الأمينية اضطرابًا كبيرًا: انخفضت الجينات الخاصة بعملية التمثيل الغذائي والتخليق الحيوي لجميع الأحماض الأمينية تقريبًا (خاصة الهيستيدين والليسين) بكثرة (الشكل 4) ، بينما زادت وفرة نقل الأرجينين والهيستيدين والليسين (الشكل 5). في iCD ، لاحظنا أيضًا انخفاضًا في الوحدات الوظيفية المرتبطة بالجلوتامين ، مما قد يؤدي إلى انخفاض كمية الجلوتامات المطلوبة لحمض جاما أمينوبوتيريك ، أورنيثين ، ووفرة التخليق الحيوي للأرجينين في جميع هذه الوحدات الثلاثة أيضًا. في تناقض ملحوظ مع الأحماض الأمينية الأخرى ، زادت جينات استقلاب حمض السيستين المحتوي على الكبريت بشكل كبير ، مع زيادة أكبر في iCD. يتوافق هذا مع التمثيل الزائد للجينات المتعلقة بنقل الكبريتات في جامعة كاليفورنيا والقرص المضغوط (الشكل 5) ، وزيادة في استقلاب الكبريت والنيتروجين في القرص المضغوط (الشكل 4).

ارتبط القرص المضغوط بزيادة وفرة العديد من الجينات المتعلقة بنقل الكربوهيدرات (الشكل 5). كانت هناك زيادات كبيرة في مسار فوسفات البنتوز ووفرة جينات استقلاب الفركتوز / المانوز في iCD (الشكل 4) ، والتي كانت مصحوبة بزيادة في التمثيل الغذائي للكربوهيدرات ، لكنها لم تكن مهمة في UC و CD. بالإضافة إلى ذلك ، أظهر iCD زيادة في وفرة الجينات الناقلة للجلوكوز ، والسداسي ، والمالتوز ، والسكريات الأحادية ، والثنائية ، والقليلة (الشكل 5). لاحظنا انخفاضًا في كل من استقلاب البوتانوات والبروبانوات في iCD (الشكل 4) ، مما يشير إلى انخفاض محتمل في إنتاج SCFA بواسطة الميكروبيوم ، ربما بسبب الانخفاض الملحوظ في بيلة الورد و البراز.

لقد رأينا زيادة في وفرة جينات نقل الجلوتاثيون في جامعة كاليفورنيا والقرص المضغوط (الشكل 5) وزيادة في وفرة جينات استقلاب الجلوتاثيون في جامعة كاليفورنيا. الجلوتاثيون هو ثلاثي الببتيد من السيستين والجلوتامات ، يتم تصنيعه بواسطة البكتيريا المتقلبة وعدد قليل من العقديات والمكورات المعوية [75] ، مما يسمح للبكتيريا بالحفاظ على التوازن أثناء الإجهاد التأكسدي أو الحمضي. تتضمن الشلالات الالتهابية إنتاج الأكسجين عالي التفاعل ومستقلبات النيتروجين ، والتي تزداد بشكل كبير في عيبد النشط [76]. تفرز حيدات البروبيا لامينا الهوموسيستين أيضًا أثناء الالتهاب ، مما يساهم بشكل أكبر في الإجهاد التأكسدي يرتبط IBD بمستويات أعلى من كل من الهوموسيستين المخاطي والمصل. وبالتالي ، فإن الزيادات في نقل الكبريتات ، واستقلاب السيستين ، واستقلاب الجلوتاثيون قد تعكس آلية يعالج بها ميكروبيوم الأمعاء الإجهاد التأكسدي الناجم عن الالتهاب.

تشمل التحولات الوظيفية الشديدة في iCD تغييرات في استقلاب الأكسدة والاختزال ، وإثراء الإشارات / الإفراز ، وتقترح وجود metagenome الغازي "المشابه للمرض"

أظهر القرص المضغوط ذو المشاركة اللفائفية خللاً وظيفيًا معينًا على مستوى الوحدة. كان مرتبطًا بزيادة في عدة وحدات تشارك في تحلل السكر ونقل الكربوهيدرات والتمثيل الغذائي (الشكل 5). على العكس من ذلك ، أظهر iCD وفرة أقل من الجينات المشاركة في التمثيل الغذائي للدهون وتقويض ، مما يؤكد وجود خلل كبير في استقلاب الطاقة. لاحظنا انخفاضًا عالميًا في وحدات التخليق الحيوي للنيكوتيناميد والبيورين والبيريميدين في iCD و CD و UC (الشكل 5).

كان هناك انخفاض في التخليق الحيوي للفيتامين المرتبط بـ iCD ، ولكن زيادات في الثيامين وخاصة وحدات استقلاب الريبوفلافين (الشكل 4). ومن المثير للاهتمام ، أن هذا المسار يتم تغذيته من خلال مسار فوسفات البنتوز ، والذي كان أيضًا ممثلاً بشكل كبير في iCD. يعتبر الريبوفلافين ضروريًا لإعادة توليد الجلوتاثيون المؤكسد إلى شكله المخفض ، وبالتالي فهو ضروري لاستتباب الأس الهيدروجيني والإجهاد التأكسدي ، كما هو الحال مع NADPH ، وهو أحد منتجات مسار فوسفات البنتوز. تمت زيادة استقلاب الأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت السيستين والميثيونين في iCD ، في تناقض ملحوظ مع الانخفاضات المرتبطة بـ IBD في الأحماض الأمينية غير المحتوية على الكبريت مثل اللايسين والجلوتامين. نظرًا لأنه يمكن تحويل الهوموسيستين بسهولة إلى ميثيونين ، فقد يشير ذلك إلى آلية أخرى للحفاظ على توازن الأكسدة والاختزال. بدلاً من ذلك ، قد يكون هذا مرتبطًا بالزيادة الخاصة بـ iCD في استقلاب الكربوهيدرات ، حيث يمكن استقلاب السيستين إلى البيروفات.

أخيرًا ، تم تمثيل الجينات المشاركة في عمليات التسبب ، مثل أنظمة الإفراز والالتزام / الغزو ، في iCD (الشكل 4). على سبيل المثال ، كانت الجينات المشاركة في مسار داء الشيغيلات أكثر وفرة في القرص المضغوط ، وكانت جينات إفراز النوع الثاني أكثر وفرة في iCD. ويشارك إفراز النوع الثاني في إفراز الإنزيمات المهينة لجدار الخلية [78] وإفراز السموم مثل السم المعوي القابل للحرارة ، على غرار ذيفان الكوليرا [79]. هذه الوظائف هي نموذجية للمرضية الملتصقة الغازية بكتريا قولونية، والتي لوحظت زيادة في iCD في دراستنا وغيرها [6 ، 55]. قد يترافق هذا مع تلف الأنسجة ، إما في المقام الأول نتيجة لإفراز السموم ، أو بشكل ثانوي نتيجة لتحفيز إنتاج السيتوكين. يعد تدمير الأنسجة هذا مصدرًا محتملًا للمستقلبات للنمو المفرط للميكروبات ، واختيار المتخصصين في التغذية المساعدة القادرين على الازدهار في هذه البيئة مما يؤدي إلى فقدان عمليات التخليق الحيوي الأساسية على مستوى الميكروبيوم (الشكلان 4 و 5). سيؤدي هذا بدوره إلى مزيد من انهيار الأنسجة ، والنمو الزائد للبكتيريا ، و dysbiosis الهيكلية والوظيفية للمجتمع.


مناقشة

أشارت الدراسات الحديثة التي تستخدم المواد النانوية المحتوية على الفضة أو الزنك مؤخرًا إلى أن سمية هذه المواد تنشأ جزئيًا من تلف الغشاء وتعطل التوازن الأيوني. هنا ، من خلال دمج تنميط النسخ مع النمذجة القائمة على القيود على نطاق الجينوم ، وجدنا أن تأثير TiO بوساطة جذرية2 التحفيز الضوئي على توزيع التدفق على مستوى الجينوم والتمثيل الغذائي نفسه محدود وبالتالي لا يؤثر بشكل مباشر على نشاط خلية PAO1 في الإطار الزمني المقاس. بدلاً من ذلك ، تدعم تجارب الرقائق الجينية وبروتينات البندقية جنبًا إلى جنب مع تحديد الأنواع الكيميائية وتقديرها فكرة أن خلايا PAO1 تستجيب من خلال محاولة زيادة قدرتها على حماية وإصلاح الحمض النووي والبروتينات بالإضافة إلى تعزيز السلسلة التنفسية المعتمدة على الإنزيم المساعد ، وتعبئة الكربون الموارد وحمامات الكربون الواحد ، وكذلك دورة أكسدة الأحماض الدهنية (الأخيرة ضرورية للحفاظ على سلامة الغشاء). علاوة على ذلك ، تتفاعل الخلايا مع TiO22 التحفيز الضوئي عن طريق تحسين سلامة الغشاء للتعويض عن التغيرات القوية التي تحدث في جدار الخلية الذي يغطي غشاء الخلية. بالإضافة إلى ذلك ، لاحظنا تنشيط المسارات الأيضية التي تنطوي على إنتاج واستخدام الإنزيمات المساعدة المضادة للأكسدة ، مثل (ubi) كينول (المستخدم بواسطة أوكسيديز السيتوكروم) و 5 ، 10 ميثينيل تيتراهيدروفولات (التي تنتجها بروتينات GlyA2 و GcvT2) ، مع التوهين المقابل لتلك إنتاج منتجات ثانوية مؤكسدة ، مثل H2ا2 (التي تنتجها إنزيمات Sox) ، على الأرجح لتعويض ضغط الإجهاد الجذري القوي داخل الخلية. يلخص الشكل التكميلي S3 التأثيرات الرئيسية في P. الزنجارية تتعرض الخلايا لثاني أكسيد التيتانيوم2 التحفيز الضوئي.

توفر هذه الدراسة أدلة على أن الخلايا تعرضت لثاني أكسيد التيتانيوم2 التحفيز الضوئي إنكسيبيت أنا) التعطيل السريع للخلية على المستويات التنظيمية والإشارات ، ب) انخفاض قوي في سلاسل الجهاز التنفسي المستقلة عن الإنزيم ، ثالثا) انخفاض القدرة على استيعاب ونقل الحديد والفوسفور و رابعا) قدرة أقل على التخليق الحيوي وتدهور مجموعات الهيم (مجموعة Fe-S). هذه الأنشطة ، جنبًا إلى جنب مع التعديلات الشاملة لجدار الخلية ، هي العوامل الرئيسية التي تفسر الأداء العالي للمبيدات الحيوية لثاني أكسيد التيتانيوم2- المواد النانوية. ومع ذلك ، لا يُعرف أي من هذه الاستجابات يعجل الأحداث اللاحقة. هناك حاجة إلى فحوصات التنميط الديناميكي في المستقبل لمزيد من دراسة هذه الاستجابات. ومع ذلك ، فإن حقيقة أن تيتانيا تمنح تأثيرًا عميقًا للمبيدات الحيوية ، حتى عند الجرعات المنخفضة للغاية ، في ظل ظروف الفحص القصيرة المؤقتة (تدخل لمدة دقيقتين) ، مما يتسبب في تحديد سمات ديناميكية في أوقات فحص أقصر وأطول لتكون تحديًا تقنيًا بسبب الصعوبات التقنية والخلية الواسعة الموت والضرر ، على التوالي. وتجدر الإشارة إلى أن TiO22تمتلك المواد ذات الأساس تقاربًا عاليًا لبروتينات الفوسفو وببتيدات الفوسفور 54،55 وأن فسفرة البروتينات تلعب دورًا في تنظيم مسارات الإشارات والتحكم في الأنشطة الأنزيمية بواسطة آلية تبديل "تشغيل / إيقاف" 56. لذلك ، فإن حقيقة أنه بعد بدء TiO22- يتم تحفيز تحلل خلايا العلاج بالأشعة فوق البنفسجية بسرعة ، مما يوحي بإمكانية استخدام هذه المادة فى الموقع لربط وإثراء البروتينات الفوسفورية لمزيد من استكشاف مستوى تعديل البروتين بعد النسخ في أوقات معينة ، كمقياس جزيئي لأنشطة البروتين المتغيرة. مهما كانت الحالة ، فإن الإجراء واسع النطاق على المستوى الجيني الموضح هنا يسمح بالتحقيق في أهم خصائص عملية التطهير الضوئي: الشمولية (أي عدم وجود ضعف ضد أي نوع من الكائنات الحية الدقيقة) وعدم الانعكاس (أي تجنب الخلية فرص الجبر وإبطاء الشبكات التنظيمية / التشويرية). بالإضافة إلى ذلك ، تشير الكفاءة العالية التي تظهر ضد مسببات الأمراض ذات الصلة سريريًا إلى كفاية TiO22- أفلام البوليمر القائمة على سلسلة من التطبيقات التكنولوجية ، مثل أدوات المستشفى والأثاث ، ولكن أيضًا حفظ الطعام أو معالجة مياه الصرف الصحي.


تقييم الآليات التي تتحكم في تحضير كربون التربة على طول تدرج عمر الركيزة

تحلل المواد العضوية في التربة (SOM) لديه القدرة على التأثير بشكل جذري على تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. قد يكون التمهيدي ، التحلل المتزايد لـ SOM بعد إضافة مصدر الكربون المتغير (C) ، منظمًا مهمًا لديناميكيات SOM ، ومع ذلك لا يُعرف سوى القليل عن آليات تأثير التمهيدي. اقترحت فرضيتان تم إنشاؤهما في العقد الماضي أن التهيئة ناتجة عن ظروف المغذيات في التربة أو استجابة المجتمع الميكروبي لإضافة C المتغيرة. استخدمنا تدرجًا لعمر الركيزة لمدة ثلاثة ملايين عام ، مع التغييرات المرتبطة في توافر المغذيات والمجتمعات الميكروبية ، لاختبار هاتين الفرضيتين. أضفنا 13 درجة مئوية من الجلوكوز إلى التربة بكميات مماثلة للزيادات في نضح الجذور التي يمكن توقعها في بيئة عالية ثاني أكسيد الكربون ، وتتبعنا تأثير إضافة C على التربة C ، والمجتمع الميكروبي ، وتجمعات وتدفق مغذيات التربة. لاحظنا فتيلة إيجابية ، فتيلة سلبية ، وعدم وجود فتيلة صافي اعتمادًا على عمر الركيزة. كان التمهيدي أكثر إيجابية في أصغر المواقع مع أصغر تجمعات النيتروجين (N) ، والأكثر سلبية في الموقع مع أكثر أنواع N. على الرغم من تغير مكونات حجم المجتمع الميكروبي وبنيته (المقاسة بتحليل الأحماض الدهنية الفوسفورية) نتيجة لإضافة C ، كان توافر التربة N آلية تفسيرية أفضل لتأثيرات التمهيدي من ديناميكيات المجتمع الميكروبي. تشير نتائجنا إلى وجود روابط وثيقة بين دورات C و N تنظم حجم واتجاه فتيلة. إذا كان عامًا ، فمن المحتمل أن يخضع استقرار SOM في النظم البيئية المعتدلة لحالة التربة N.

يسلط الضوء

► اختبرنا فرضيتين موجودتين لشرح تأثير التمهيدي. ► استخدمنا التربة من التدرج المغذي الطبيعي. ► قمنا بقياس تأثيرات إيجابية ، سلبية ، ولا توجد تأثيرات فتيلة صافية حسب الموقع. ارتبط تأثير التمهيدي ببرك وتدفق النيتروجين. ► لم يكن التمهيدي مرتبطًا بالتغييرات في تجمع الفوسفور المتوفر أو المجتمع الميكروبي.


الندوات السابقة

أندرو إدواردز ، إمبريال كوليدج لندن 18/05/21

"المضادات الحيوية الملاذ الأخير: من الآليات إلى الفعالية المتزايدة".

الملخص: دابتومايسين وكوليستين هما مضادان حيويان ببتيد شحمي حلقي يستخدمان كملاذ أخير للعدوى التي تسببها مسببات الأمراض موجبة الجرام وسلبية الجرام ، على التوالي. لسوء الحظ ، على الرغم من النشاط الفعال للجراثيم في المختبر ، فإن هذه الأدوية تفتقر إلى الفعالية في الجسم الحي ، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى فشل العلاج. نظرًا لوجود نقص في المضادات الحيوية الجديدة في طور التطوير ، فمن المهم بشكل متزايد فهم أسباب ضعف فعالية هذه الأدوية في الجسم الحي واستغلال هذه المعلومات لتطوير مناهج جديدة لجعل هذه العلاجات تعمل بشكل أفضل. سيغطي هذا الحديث نظرة ثاقبة جديدة حول طريقة عمل الكوليستين ويشرح كيف ساهمت هذه المعلومات في تطوير علاج تركيبي جديد. سيتبع ذلك وصف للعمل يشرح كيف يمكن للبيئة المضيفة أن تقلل من حساسية البكتيريا للدابتومايسين وكيف يمكن التغلب على ذلك باستخدام نهج العلاج المركب باستخدام مضاد حيوي ثان.

الدكتورة كارينا ألتهاوس ، جامعة توبنغن 21/05/11

"التخثر و COVID-19 - جبهة أخرى في عاصفة SARS-CoV-2 المثالية."

الدكتورة جوليا زانيتي ، كلية بيركبيك ، جامعة لندن 27/04/21

يكشف التصوير المقطعي بالتبريد الإلكتروني عن بنية تجميع COPII المعقدة.

الملخص: يتوسط COPII شبكية Endoplasmic Reticulum لتهريب Golgi بآلاف الشحنات. تتجمع خمسة بروتينات أساسية في بنية من طبقتين ، مع الطبقة الداخلية التي يُعتقد أنها تنظم تجميع الغلاف وتجنيد البضائع ، ويفترض أن تشكل أقفاص الغلاف الخارجي انحناء غشاء السقالة. باستخدام التصوير المقطعي بالإلكترون بالتبريد والرسم البياني الفرعي في المتوسط ​​على تفاعلات البراعم المعاد تشكيلها في المختبر ، فإننا نتخيل طبقة COPII الكاملة والمجمعة بالغشاء ونكشف عن شبكة كاملة من التفاعلات داخل وبين طبقات الغلاف. نثبت الأهمية الفسيولوجية لهذه التفاعلات باستخدام الأساليب الجينية والكيميائية الحيوية. يكشف الطفرات أن الغلاف الداخلي وحده يمكن أن يوفر وظيفة إعادة تشكيل الغشاء ، مع مدخلات تنظيمية من الغلاف الخارجي. هذه الأدوار الوظيفية للمعاطف الداخلية والخارجية تبتعد بشكل كبير عن النموذج الحالي ، الذي يفترض أن انحناء الغشاء مشتق بشكل أساسي من الغلاف الخارجي. نقترح أن تساهم هذه التفاعلات بشكل جماعي في تنظيم الغلاف وانحناء الغشاء ، مما يوفر إطارًا هيكليًا لفهم الآليات التنظيمية لتهريب COPII وإفرازه.

الدكتورة غابرييل رودينكو ، جامعة تكساس 20/04/21

"العالم التنافسي" للمنظمين المشابك "- جزيئات سطح الخلية المتورطة في الأمراض العصبية والنفسية.

الملخص: يركز مختبري على البروتينات التي تتوسط في تطور المشابك ، وخاصة الفئة المتزايدة لما يسمى "المنظمون المشبكي". العديد من منظمي التشابك العصبي متورطون في الاضطرابات العصبية والنفسية مثل اضطراب طيف التوحد والفصام والاضطراب ثنائي القطب. عادةً ما تشكل هذه البروتينات جسورًا عبر المشبكي تمتد عبر الشق المشبكي ، وهي المسافة بين عصبونيْن متصلين بواسطة المشبك. هناك يتوسطون في الالتصاق بين أغشية ما قبل المشبكي وما بعد المشبكي ، ويعملون على تسهيل الاتصالات العصبية المناسبة وربط مجموعات من الخلايا العصبية المنتقاة في دوائر عصبية منفصلة. يلعب منظمو التشابك المعين أيضًا دورًا مهمًا في تطوير والحفاظ على المشابك العصبية المثيرة مقابل المثبطة والتي تعتبر ضرورية لتوازن الإثارة / التثبيط الذي ينظم استثارة الخلايا العصبية الشاملة والتواصل من خلال الدوائر العصبية. بينما في السابق ، كان يُعتقد أن المنظمين المتشابكين يعززون ببساطة التصاق الخلية ، فنحن نعلم الآن أنهم يوجهون تكوين شبكات تفاعل البروتين المعقدة في الشق المشبكي ويعملون كسقالات لتنظيم التجمعات الجزيئية التي تعدل الوظيفة التشابكية. يستخدم مختبرنا مجموعة من البيولوجيا الهيكلية ، والطرق البيوكيميائية والفيزيائية الحيوية ، والبروتيوميات ، لدراسة مجموعة من المنظمين المتشابكين المختلفين المتورطين في الأمراض العصبية والنفسية. من خلال توضيح العلاقات الهيكلية والوظيفة للجزيئات الرئيسية التي توجه بشكل انتقائي تطور المشابك وتؤثر بشكل فريد على دوائر عصبية معينة ، نأمل في تحديد أهداف علاجية جديدة يمكن الاستفادة منها لتصميم علاجات أفضل لاضطرابات الدماغ في المستقبل.

الدكتورة إميليا سانتوس ، جامعة كامبريدج ، 13/04/21

"على أساس ميكانيكي للتغيير الصرفي"

الملخص: يعد تطور الأشكال الجديدة مكونًا رئيسيًا لتنويع الكائنات الحية ، ومع ذلك فإن الآليات الجينية والأهمية التكيفية الكامنة وراء تطورها لا تزال غير مدروسة. نعالج هذا السؤال في نظامين نموذجيين متنوعين للغاية: أنماط التصبغ في أسماك البلطي وتركيبات البشرة في متزلج الماء.

البروفيسور هيلين والدن ، جامعة جلاسكو 16/03/21

& quot تنظيم إصلاح الحمض النووي بإشارات المونوبيكويتين & quot

الملخص: هناك حاجة إلى مسار إصلاح DNA Fanconi Anemia لإصلاح الروابط المتشابكة للحمض النووي. في قلب المسار توجد إشارة أحادية أحادية مرتبطة ببروتينين متماثلين ، FANCD2 و FANCI. كل من تجميع وإزالة الإشارة مطلوبان لاستكمال إصلاح الارتباط المتشابك بين السلاسل. يركز مختبري على فهم آليات التجميع ، والنتائج الوظيفية ، وإزالة إشارات يوبيكويتين معينة. سأقدم بياناتنا البيوكيميائية والهيكلية التي تحدد كل خطوة من هذه الخطوات ، بدءًا من كيفية استهداف موقع واحد للتعديل ، وما الذي تفعله إضافة يوبيكويتين إلى مجمع ID2 ، وكيف أن لكل إشارة يوبيكويتين وظيفة مميزة ، وكيف تتم إزالة الإشارة من موقع معين.

الدكتور فنسنت لينش ، جامعة بافلو 09/03/21

& quot عن امكانية الافيال & quot

الملخص: يرتبط خطر الإصابة بالسرطان بحجم الجسم والعمر داخل الأنواع. ومع ذلك ، بين الأنواع ، لا يوجد ارتباط بين السرطان وحجم الجسم أو العمر الافتراضي ، مما يشير إلى أن الأنواع الكبيرة طويلة العمر قد طورت آليات محسنة للوقاية من السرطان. تعتبر الأفيال وأقاربها (Proboscideans) سلالة مثيرة للاهتمام بشكل خاص لاستكشاف الآليات الكامنة وراء تطور مقاومة السرطان المتزايدة لأنها طورت أجسامًا كبيرة مؤخرًا داخل كومة من الأنواع الأصغر جسديًا (الأفروثريون). هنا ، نستكشف مساهمة ازدواج الجينات في حجم الجسم وخطر الإصابة بالسرطان لدى الأفروذريين. من خلال علم الجينوم المقارن ، حددنا جينًا مكررًا من نوع SOD1. تشير هذه البيانات إلى أن تكرار الجينات الكابتة للورم سهّل تطور زيادة حجم الجسم عن طريق التعويض عن تقليل مخاطر الإصابة بالسرطان الداخلي.

إيهاب أبو هيف ، جامعة ماكجيل 02/03/21

& quot كيف أصبح النمل والبكتيريا واحدة & quot

الملخص: يمثل التزام التعايش الداخلي ، الذي تتكامل فيه الأنواع ذات الصلة البعيدة لتشكيل فرد واحد مكرر ، تحولًا تطوريًا رئيسيًا في الفردية. على الرغم من أنه يُعتقد أن مثل هذه التحولات تزيد من التعقيد البيولوجي ، إلا أن الخطوات التطورية والنمائية التي تؤدي إلى التكامل تظل غير مفهومة جيدًا. نوضح هنا أن التعايش الداخلي الإلزامي بين بكتيريا Blochmannia وقبيلة النمل شديدة التنوع Camponotini نشأت وتطورت أيضًا من خلال تعديلات جذرية في التطور الجنيني ، مقارنة بالحشرات الأخرى. تم إعادة توصيل جينات Hox Abdominal A (abdA) و Ultrabithorax (Ubx) - اللذان يعملان في المفصليات بشكل طبيعي للتمييز بين أجزاء البطن والصدر بعد تشكلهما - وذلك لتنظيم جينات السلالة الجرثومية في وقت مبكر من التطور. ونتيجة لذلك ، يتم التعبير عن mRNAs والبروتينات الخاصة بجينات Hox هذه من الناحية الأمومية وتتحد على مستوى تحت خلوي مع جينات الخط الجرثومي في البلازما الجرثومية وثلاثة مواقع جديدة في البويضة الموضوعة حديثًا. تقوم بكتيريا Blochmannia بعد ذلك بتنظيم هذه mRNAs والبروتينات بشكل انتقائي لجعل كل موقع من هذه المواقع الأربعة متميزًا وظيفيًا ، مما يخلق نظامًا من الإحداثيات في الجنين يؤدي فيه كل موقع وظيفة مختلفة لدمج Blochmannia في Camponotini. أخيرًا ، نظهر أن القدرة على توطين الرنا المرسال والبروتينات في مواقع جديدة في الجنين قد تطورت قبل أن تلزم التعايش الداخلي وتم لاحقًا اختيارهما من قبل Blochmannia و Camponotini. تقاربت هذه القدرة الجزيئية الموجودة مسبقًا مع التبادلية البيئية الموجودة مسبقًا لتسهيل كل من النقل الأفقي والتكامل التنموي لـ Blochmannia في Camponotini. لذلك ، فإن تقارب القدرات الجزيئية الموجودة مسبقًا والتفاعلات البيئية - بالإضافة إلى إعادة توصيل شبكات الجينات المحفوظة بشكل كبير - قد يكون سمة عامة تسهل نشأة وتطور التحولات الرئيسية في الفردانية.

الدكتورة بولين سكانلان ، كلية كورك الجامعية ، أيرلندا 23/02/21

& quotAntagonistic Coevolution بين البكتيريا والعاثيات - من في المختبر نماذج لأمعاء الإنسان ومثل

الملخص: يلعب التطور المشترك العدائي (AC) بين البكتيريا والعاثيات دورًا رئيسيًا في قيادة التنوع الميكروبي والحفاظ عليه. وبالتالي ، من المتوقع أن يؤثر التيار المتناوب على جميع مستويات التنظيم البيولوجي ، من الفرد إلى مقاييس النظام البيئي. ومع ذلك ، فإننا لا نعرف شيئًا عن البكتيريا - عاثية البكتيريا في ربما أهم نظام بيئي ميكروبي معروف للبشرية ، وهو ميكروبيوم الأمعاء البشرية.

لمعالجة هذه الفجوة في معرفتنا ، أقوم بتتبع أنماط المقاومة والعدوى في مجموعات البكتيريا والعاثيات التي تحدث بشكل طبيعي والمعزولة من الأمعاء البشرية ، جنبًا إلى جنب مع نمذجة تفاعلاتها في المختبر. في هذا الحديث سأركز على البيانات الناشئة من في المختبر النماذج ، التي تشير إلى أن ديناميكيات AC قد تكون مقيدة بإمداد الطفرات وتكاليف المقاومة ، وأن الآليات الأخرى مثل تباين الطور قد تساعد في تفسير تعايش البكتيريا والعاقمات في البيئات المعقدة مثل الأمعاء البشرية.

البروفيسور آنا بلوم ، جامعة لوند ، السويد. 16/02/21

"استراتيجية التهرب التكميلي الرئيسية: ارتباط مثبطات المكملات بمسببات الأمراض البكتيرية"

الملخص: النظام التكميلي هو عنصر محوري في المناعة الفطرية. يتكون من أكثر من 30 بروتين بلازما والعديد من المستقبلات الخلوية ، ويهدف المكمل إلى تدمير مسببات الأمراض الغازية. لذلك ، طورت غالبية مسببات الأمراض البكتيرية استراتيجيات تهدف إلى تثبيط المكمل.

لقد وجدنا أن ارتباط بروتين C4b المرتبط بمثبط المكمل البشري هو استراتيجية تهرب رئيسية من Streptococcus pyogenes. علاوة على ذلك ، يعد هذا الارتباط ضروريًا أيضًا لتطوير مقاومة المصل في Neisseria gonorrhoeae سالبة الجرام. الأهم من ذلك أن N. gonorrhoeae شديدة المقاومة للمضادات الحيوية.

نظرًا لأن N. gonorrhoeae يتجنب القتل بواسطة مصل بشري من خلال الارتباط بـ C4BP ، فقد أنشأنا سابقًا بروتينًا خيمريًا يربط أول نطاقين من C4BP ، والذي يرتبط بالمكورات البنية ، مع مجال Fc لـ IgM (C4BP-IgM) لتعزيز القتل بوساطة التكميل. من البكتيريا. تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن بروتين الاندماج C4BP-IgM يعمل كعامل مضطرب للغشاء من خلال التنشيط التكميلي على السطح الميكروبي. يؤدي الترسب المكمل السريع والمكثف الناتج عن C4BP-IgM إلى إنشاء مسام معقدة للهجوم الغشائي (MAC) ، مما يسهل وصول المضادات الحيوية إلى أهدافها داخل الخلايا. وبالتالي ، تصبح المكورات البنية أكثر عرضة للمضادات الحيوية ، مما يؤدي إلى قتل سريع ومعزز. وبالتالي ، توفر بياناتنا رؤى لاستخدام المنشطات التكميلية مثل بروتين الانصهار C4BP-IgM كمساعد لعلاج السيلان بالمضادات الحيوية.

البروفيسور اروين بيرسون (جامعة هامبورغ) 21/02/02

'البيولوجيا الهيكلية التي تم حلها بمرور الوقت - الثورة القادمة؟

الملخص: مع وصول مصادر ليزر الأشعة السينية الإلكترونية فائقة السطوع ، وحلقات تخزين السنكروترون المحدودة للحيود ، والأتمتة الضخمة وثورة الدقة في البيولوجيا الهيكلية المجهرية الإلكترونية بالتبريد يمكن القول إنها في عصر ذهبي. ولكن حتى مع وجود الأعداد الكبيرة من الجزيئات الضخمة التي تتميز هيكليًا حتى الآن ، يظل السؤال مفتوحًا حول كيفية ارتباط الهيكل بالوظيفة بالضبط. يتحول الانتباه الآن إلى إضافة ديناميكيات إلى فهمنا لعلاقات الهيكل والوظيفة ، لكن التجارب التي تم حلها بمرور الوقت تظل صعبة تقنيًا ، وبالتالي يُنظر إليها غالبًا على أنها تقنية متخصصة ، حيث تقوم مجموعات متخصصة قليلة بالتحقيق في مجموعة فرعية من البروتينات جيدة التصرف. سأقدم في هذه الندوة بعضًا من أحدث الأساليب والأدوات لمثل هذه التجارب وأظهر كيف أصبحت الدراسات الهيكلية التي تم حلها بمرور الوقت في متناول المجتمع الأوسع لعلماء الأحياء الهيكلية وعلماء الأحياء الخلوية الجزيئية المهتمين بالآلية.

الدكتور مارك ويبر (معهد كوادرام ، المملكة المتحدة) 12/01/21

"كيف نفهم ونتوقع طرق مقاومة مضادات الميكروبات"

لا يزال تطوير مقاومة البكتيريا لمضادات الميكروبات أحد أكبر التحديات التي تواجه الصحة العالمية. عادة ما ينطوي تطوير المقاومة على تغيير محتوى الحمض النووي للسلالة المعنية. ومع ذلك ، يمكن أن يؤدي تطور المقاومة إلى تغيير في لياقة الكائن الحي ، ويتحدد المصير النهائي للكائن المقاوم بأكثر من مجرد قدرته على البقاء على قيد الحياة عند التعرض لمضاد حيوي. يهتم بحثنا بفهم كيفية ظهور المقاومة وتطورها تحت الضغط بمرور الوقت. نحن نهدف إلى تحديد المجموعة الأوسع من الجينات المشاركة في تحديد القابلية للإجهاد ودراسة كيفية تأثير تطور المقاومة على اللياقة البكتيرية. سيصف هذا الحديث كيف طورنا نموذج تطور الأغشية الحيوية لدراسة هذه القضايا.

الدكتورة سارة كولثرست (جامعة دندي) 8/12/20

& quot كيف تقتل منافسيك: حرب ميكروبية بوساطة نظام إفراز من النوع السادس "

أنظمة إفراز البروتين هي آلات جزيئية متخصصة تستخدم لنقل بروتينات معينة من الخلية البكتيرية ، حيث يمكن إطلاقها في البيئة الخارجية أو حقنها في خلايا أخرى. تتوسط أنظمة الإفراز والبروتينات المتنوعة التي تفرزها تفاعل الخلايا البكتيرية مع البيئة أو الخلايا حقيقية النواة أو البكتيريا الأخرى. يعد نظام إفراز النوع السادس (T6SS) سلاحًا رئيسيًا في القدرة التنافسية وضراوة العديد من البكتيريا سالبة الجرام. في حين أن بعض T6SSs هي "مضادات حقيقية النواة" ، وتستخدم لاستهداف الخلايا المضيفة كعوامل ضراوة كلاسيكية ، يبدو أن الغالبية منها "مضادة للبكتيريا" ، وتستخدم لقتل الخلايا البكتيرية المنافسة بكفاءة وتوفير ميزة تنافسية في مجموعة متنوعة من المنافذ متعددة الميكروبات. توفر T6SS سمومًا متعددة ومتنوعة ("مؤثرات") مباشرة في الخلايا المستهدفة من خلال آلية إطلاق قائمة على الانكماش. لقد استخدمنا T6SS الفعال المضاد للبكتيريا للممرض الانتهازي Serratia marcescens كنموذج لدراسة آليات وعواقب توصيل المستجيب T6SS إلى المنافسين. وقد كشف هذا عن مجموعة متنوعة من السموم المستجيبة وبروتينات المناعة المشابهة ، المستخدمة في عدة أشكال من المنافسة بين الميكروبات. على وجه الخصوص ، قمنا بتمييز العديد من المؤثرات المضادة للبكتيريا الجديدة واكتشفنا أيضًا أن S. marcescens T6SS لا تستهدف المنافسين البكتيرية فحسب ، بل يمكنها أيضًا نشر بروتينات فعالة مضادة للفطريات ضد الفطريات الميكروبية. لقد ساهمت النتائج التي توصلنا إليها في الإدراك المتزايد بأن دور T6SS في تشكيل المجتمعات متعددة الميكروبات مهم وواسع.

الدكتور دانيال هيبنستريت (جامعة وارويك) 01/12/20

& quot هل تخضع بوليميراز الحمض النووي الريبي للإغلاق؟ الديناميات المكانية والزمانية لـ Pol2 & quot

يعد النسخ أمرًا أساسيًا لجميع أشكال الحياة ، ولكن تظل العديد من الأشياء غير واضحة. على وجه الخصوص ، يتسم النسخ الوسيط لـ RNA polymerase II (Pol2) للـ mRNAs في أنظمة الثدييات بظواهر معقدة نسبيًا ، يتم إجراء نسخ نصية غامضة بطريقة تشبه الاندفاع بدلاً من معدل ثابت ، يبدو أن Pol2 يتجمع في النقاط الساخنة النسخية ، والجينوم يخضع لتفاعلات ثلاثية الأبعاد.
باستخدام مجموعة واسعة من التقنيات بما في ذلك تسلسل الجين التالي ، والتحليلات على مستوى الجينوم ، وتصوير الجزيء الفردي ، ونهج النمذجة ، قمنا بالتحقيق في كيفية دمج هذه الملاحظات في صورة شاملة متسقة للنسخ.
تكشف نتائجنا عن روابط ميكانيكية بين توطين Pol2 وديناميكيات النسخ والطوبولوجيا النووية.

البروفيسور إديل أوتول (جامعة كوين ماري بلندن) 24/11/20

& quot؛ بصيرة في بيولوجيا الخلية من الأمراض الجلدية النادرة & quot

Edel O’Toole هو أكاديمي إكلينيكي في Barts وكلية لندن للطب وطب الأسنان مع مجموعة بحثية نشطة تعمل على بيولوجيا الأمراض الجلدية الوراثية النادرة. تدربت في الطب في يونيفرسيتي كوليدج ، غالواي ، أيرلندا ، تلاها تدريب عام في الطب والجلدية في دبلن ولندن. كانت زميلة ما بعد الدكتوراه في معهد هوارد هيوز الطبي مع ديفيد وودلي في جامعة نورث وسترن في شيكاغو من 1994-1998. اهتماماتها السريرية الرئيسية هي السماك والجلد الراحي الأخمصي. وهي القائدة السريرية الحالية لشبكة الرابطة البريطانية لأطباء الجلد والأمراض الجلدية والطب الوراثي. وهي أيضًا عضو في اللجنة التوجيهية لمشروع Pachyonychia وتشارك بنشاط في 100K Genomes ، وهو مشروع اكتشاف الجينات داخل NHS. في حديثها ، ناقشت الأستاذة أوتول مجالين بحثيين حاليين في مختبرها: 1) كيف يؤدي فقدان الكولاجين من النوع السابع إلى سرطان الجلد العدواني في اضطراب البثور النادر المتنحي الضمور البشروي الفقاعي. 2) تحديد أهداف علاجية جديدة في واحدة من أشد اضطرابات حاجز الجلد ، السماك المهرج.


الدكتور بيتر أوليفر (MRC Harwell Institute) 10/03/2020

& quot التحقيق في الدور المزدوج لبروتينات TLDc في النمو العصبي والتنكس العصبي والحماية العصبية & quot

لا يزال هناك الكثير لنتعلمه فيما يتعلق بالآليات الجزيئية التي تكمن وراء موت الخلايا العصبية والخلل الوظيفي في المرض ، ولا سيما الضعف الانتقائي للخلايا في الدماغ - وهو موضوع شائع عبر العديد من الاضطرابات العصبية الرئيسية. طورت الخلايا مجموعة من آليات الاكتشاف والدفاع الذاتية ضد الأحداث المجهدة ، وهناك أمل في إمكانية استغلال هذه المسارات في المستقبل لفوائد علاجية.

مقاومة الأكسدة 1 (OXR1) تم تحديده في الأصل من شاشة للجينات التي يمكن أن تمنع تلف الحمض النووي المؤكسد ، ومؤخرًا ، تم تحديد اضطراب OXR1 في اضطرابات النمو العصبي للإنسان التي تتميز بالصرع والرنح المخيخي. لقد أظهرنا أن الإفراط في التعبير عن Oxr1 يمكن أن تحمي بشكل فعال من موت الخلايا الناتج عن الإجهاد التأكسدي في الخلايا العصبية ، مع التعبير عن مستويات أعلى من Oxr1 في الجسم الحي قادر على تقليل وتأخير التنكس العصبي والتهاب الأعصاب في نموذجين مستقلين من الفئران للتصلب الجانبي الضموري (ALS). على العكس من ذلك ، تعطيل Oxr1 في الفأر يؤدي إلى تنكس عصبي ورنح خاص بالمنطقة ، كما لوحظ في المرضى. ومن المثير للاهتمام ، أن العديد من الخصائص الأساسية لهذا البروتين يبدو أنها محفوظة في التطور ، من الثدييات إلى الذباب والنباتات.

يحتوي Oxr1 على مجال TLDc ، وهو عنصر موجود في عائلة من البروتينات بما في ذلك عضو عائلة مجال TBC1 24 (TBC1D24) ، وهو بروتين متحور في مجموعة من الاضطرابات التي تتميز بالنوبات وفقدان السمع والتنكس العصبي. يتم الحفاظ على مجال TLDc نفسه بشكل كبير عبر الأنواع ، على الرغم من أن علاقة الهيكل والوظيفة غير معروفة. لفهم دور هذا المجال في الاستجابة للتوتر والمرض ، نقوم بإجراء تحليل وظيفي منهجي للبروتينات التي تحتوي على مجال TLDc وكذلك الاستمرار في التحقيق في خصائصها العصبية في نماذج الفئران الخاصة بالتنكس العصبي. لقد كشفنا أيضًا للمرة الأولى عن الدور الأساسي لعضو عائلة TLDc المرتبط بالصرع TBC1D24 في المشبك في الثدييات ونركز الآن على وظيفة جديدة لبروتينات TLDc في الاتجار الحويصلي ، والجمع بين الفيزيولوجيا الكهربية والدراسات الهيكلية ثلاثية الأبعاد للمشبك. مع بيولوجيا الخلية والنهج البيوكيميائية.

تخرج بيتر من جامعة باث في عام 1996 (الكيمياء الحيوية) ، ثم حصل على درجة الدكتوراه من المعهد الوطني للبحوث الطبية MRC ومنصب ما بعد الدكتوراه في وحدة الجينوم الوظيفي MRC ، أكسفورد. في عام 2013 ، مُنح بيتر منحة Consolidator من مجلس البحوث الأوروبي لتأسيس مجموعته المستقلة في قسم علم وظائف الأعضاء والتشريح وعلم الوراثة في جامعة أكسفورد ، وفي عام 2018 نقل مجموعته إلى معهد MRC Harwell.

البروفيسور إشوار ماهينثيرالينجام (جامعة كارديف) 03/03/2020

& quot؛ بكتيريا بورخولديريا: القبيح والسيئ والآن الصالح؟ & quot

بوركولديريا هي مجموعة متنوعة من البكتيريا سالبة الجرام المقاومة لمضادات الميكروبات. سيغطي هذا الحديث صفاتهم القبيحة والسيئة مثل التهابات الرئة الخبيثة والقابلة للانتقال لدى الأشخاص المصابين بالتليف الكيسي ومسببات الأمراض النباتية وكملوثات إشكالية للتصنيع الصناعي. سوف يتناقض هذا مع الجانب الجيد من بوركولديريا البكتيريا التي يمكن أن تحمي النباتات والحشرات في البيئة الطبيعية من هجوم مسببات الأمراض الفطرية ، وتحلل مجموعة من الملوثات التي يصنعها الإنسان ، ومؤخراً تم تسخيرها كمنتجين لمضادات حيوية جديدة. مزيد من المعلومات حول الأدوار المتناقضة بورهولديا كمبيدات حيوية محتملة مقابل مسببات الأمراض الانتهازية يمكن الحصول عليها من مدونة حديثة (https://naturemicrobiologycommunity.nature.com/users/207716-eshwar-mahenthiralingam/posts/43397-natural-bacterial-biopesticides-weighing-up-the-risk- من بين الخصائص المسببة للأمراض مقابل الخصائص المفيدة)

البروفيسور آنا كايسيدو (جامعة ماساتشوستس أمهيرست) 25/02/2020

& quot المحاصيل والأعشاب والنباتات البرية: الاستفادة من البيئة الزراعية لإلقاء نظرة ثاقبة على تكيف النبات. & quot

دكتور ايلي هاريسون (جامعة شيفيلد)18/02/2020

& quot العيش مع العاثيات - دروس من المختبر ومن البرية. & quot

توجد البكتيريا في مجتمعات متنوعة للغاية وتنخرط في تفاعلات ليس فقط مع الأنواع الأخرى - ولكن أيضًا مع مجموعة من العناصر الجينية ، مثل البلازميدات والعاثيات ، التي تصيب مضيفها البكتيري وتقتلها وتستفيد منها وتتلاعب بها. تلعب التفاعلات بين هذه العناصر ومضيفيها البكتيرية دورًا مهمًا في تشكيل بيئة المجتمعات الميكروبية ودفع التطور البكتيري. كانت الأداة الرئيسية لفهم هذه التفاعلات هي استخدام التطور التجريبي لفهم الديناميكيات التطورية في مجتمعات مبسطة وخاضعة للسيطرة الشديدة ، لكن القيود المفروضة على ما يمكننا تعلمه من الأنظمة التجريبية `` المجردة '' تقود تحولًا لتوسيع هذا النهج إلى معقد ، (المزيد) المجتمعات الميكروبية الطبيعية. سأقدم عملي الذي أظهر كيف يمكن للعناصر الجينية أن تغير نتيجة التطور البكتيري في المختبر ، بالإضافة إلى تقديم عمل جديد لفهم تفاعلات العناصر البكتيرية في البرية.

البروفيسور سالي وارد (جامعة ساوثهامبتون) 11/02/2020

& quot استهداف سلوك الاتجار تحت الخلوي لتصميم الأجسام المضادة العلاجية & quot

يوفر الدور المركزي لـ FcRn في تنظيم استمرارية IgG ونقله فرصًا لاستهداف هذا المستقبل في العديد من المواقف التشخيصية والعلاجية المختلفة. يمكن استخدام هندسة IgGs ذات التقارب العالي لـ FcRn لإنتاج أجسام مضادة لمدة أطول في الجسم الحي فترات نصف العمر بسبب زيادة إعادة التدوير داخل الخلايا ، ولكن فقط إذا تم الاحتفاظ بالاعتماد على الرقم الهيدروجيني لتفاعل IgG-FcRn. على العكس من ذلك ، فإن IgGs المصممة مع تقارب أعلى لـ FcRn عند كل من الأس الهيدروجيني الحمضي والقريب من المحايدة تعمل كمثبطات قوية لـ FcRn وتدفع النوع البري IgG إلى الجسيمات الحالة. وبالتالي ، فإن مثل هذه الأجسام المضادة ("Abdegs" للأجسام المضادة التي تعزز تحلل IgG) يمكن أن تخفض مستويات IgG الذاتية ، مما يوفر مسارًا لعلاج المناعة الذاتية بوساطة الجسم المضاد. بالإضافة إلى ذلك ، أنشأنا مؤخرًا اندماجًا هندسيًا لمستضد Fc والذي يوفر انتقائيًا أجسامًا مضادة خاصة بمولد الضد إلى الجسيمات الحالة (تسمى "Seldegs" ، من أجل التحلل الانتقائي).

لقد أنشأنا أيضًا أجسامًا مضادة خاصة بالورم مع تغيير سلوك تهريب الجسيمات. بعد الاقتران بالأدوية السامة للخلايا لتكوين اتحادات الأدوية المضادة للأجسام (ADCs) ، تكون هذه الأجسام المضادة أكثر فاعلية في إيصال حمولتها السامة إلى الخلايا المستهدفة ، مما يؤدي إلى استراتيجية محتملة للتحايل على السمية المحددة للجرعة التي تقلل كثيرًا من الفعالية العلاجية لـ ADCs الحالية .


البروفيسور كاتي بيتشيل (جامعة برن) 04/02/2020

& مثلعلم الوراثة للتكيف: أدوار تعدد الأشكال والربط & quot

على الرغم من التقدم الأخير ، لا يُعرف سوى القليل نسبيًا عن التغيرات الجينية والجزيئية المحددة التي تكمن وراء التكيف مع البيئات الجديدة. كانت أسماك أبو شوكة في طليعة الأبحاث للكشف عن البنية الجينية والجزيئية التي يقوم عليها التكيف والانتواع. قدمت ثروة من دراسات رسم خرائط موضع السمات الكمية (QTL) في أسماك أبو شباك نظرة ثاقبة حول توزيع أحجام التأثير أثناء التكيف وكشفت أيضًا أن العديد من مناطق الجينوم تحتوي على مواقع أكثر من المتوقع للسمات المشاركة في التكيف. من غير المعروف ما إذا كانت مجموعات السمات هذه ناتجة عن ارتباط مادي وثيق لتغيرات جينية متعددة مسؤولة عن سمات مختلفة ، أو من تغيير جيني واحد له تأثيرات متعددة الاتجاهات. سأناقش الأبحاث الحديثة في مجموعتي والتي تركز على فك التشابك بين أدوار تعدد الأشكال والربط في التكيف ، باستخدام كل من المقاربات على مستوى الجينوم والدراسات الأكثر تركيزًا على مواقع محددة مع تأثير كبير على التكيف.

البروفيسور ديبورا ماكاي (جامعة ساوثهامبتون) 10/12/2019

& quot علم التخلق الوراثي: دروس من طبعة الاضطرابات & quot

أدى عمل البروفيسور ماكاي إلى اكتشاف اضطرابات وراثية جديدة (epi) التي أبلغت فهمنا للآليات الكامنة وراء التعبير الجيني المطبوع. البروفيسور ماكاي هو أستاذ علم التخلق الطبي في الطب بجامعة ساوثهامبتون ، ورئيس المختبر لمجموعة Wessex Imprinting Group في Salisbury NHS Trust.


الدكتور رونالد جينر (متحف التاريخ الطبيعي) 05/11/2019

& quot من الكوكتيلات المعقدة والرصاصات المستعارة: تطور تكوين سم حريش & quot

تطورت السموم مرات عديدة في مملكة الحيوان. مئويات الأقدام هي واحدة من أقدم مجموعات الحيوانات البرية السامة. لديهم زوج من الزوائد الشبيهة بالمخالب تحمل غددًا سامة ، ويستخدمون سمومهم القوية للافتراس والدفاع. على الرغم من أن كل مئويات الأقدام سامة ، إلا أن فهمنا لسم مئويات الأقدام يعتمد بشكل حصري تقريبًا على حفنة من الأنواع من 1 من أوامر حريش الخمسة. في هذا الحديث ، أقدم بحثنا حول تطور هذا السلاح السام بناءً على بيانات نسخ البروتين من جميع الطلبات الخمسة. اثنان من أكثر النتائج إثارة للدهشة التي توصلنا إليها هما أن مئويات الأقدام قد طورت سمومًا معقدة على التوازي عدة مرات ، ويبدو أن نقل الجينات الأفقي قد قدم مساهمات مهمة لهذه الترسانات السامة.

الدكتور أليكس براند (جامعة إكستر) 29/10/2019

& quot فهم العدو: وجهات نظر جديدة في الفطريات المسببة للأمراض ، المبيضات البيض & quot

المبيضات البيض هي الخميرة المتعايشة التي يحملها معظم الناس بدون أعراض. لكن، C. البيض يمكن أن يسبب التهابات الغشاء المخاطي لدى النساء في سن الإنجاب وكبار السن وحديثي الولادة ومرضى الإيدز. على الرغم من أن هذه العدوى ليست مهددة للحياة ، إلا أن مليارات الأشخاص في جميع أنحاء العالم يعانون من هذه العدوى المزعجة. في المرضى الذين يخضعون للعلاجات المثبطة للمناعة ، C. البيض يسبب حوالي 200000 إصابة مهددة للحياة في مجرى الدم سنويًا ، مع معدل وفيات يصل إلى 40٪. في كلا النوعين من المرض ، يعد تحول الخميرة إلى شكل الخيط الخيطي سمة الفوعة الرئيسية. يمكن للخيوط التي تنتقل عن طريق الدم أن تغزو أي موقع من مواقع الجسم تقريبًا لتسبب الالتهاب والإنتان وفشل الأعضاء. يركز بحثي على تنظيم نمو الخيوط على المستوى الجزيئي ، وكيف يترجم ذلك إلى استجابات محددة للبيئة المادية. نحن نجمع بين المعالجة الجينية وتصوير الخلايا الحية مع عدد من المحفزات الفيزيائية التطبيقية ، مثل المجالات الكهربائية والتصاميم الطبوغرافية الدقيقة ، لفهم كيفية اكتشاف الواصلة لبيئتها والاستجابة لها. لقد حددنا دورًا رئيسيًا لـ GTPase مثل Ras ، Rsr1 (RAP1 البشري) في التنظيم المكاني للهيمنة القمية واتجاه الخلية في الواصلة وأظهرنا أن Rsr1 وبروتين شبيه باكسلين مطلوبان للاستجابات السلوكية المعتمدة على الاتصال . تتطلب هذه الاستجابات تدفق الكالسيوم وقد قمنا مؤخرًا بتطوير أول مراسل للكالسيوم من الخلايا الحية في C. البيض. وقد أظهر هذا أن الأس الهيدروجيني والإجهاد التناضحي والتأكسدي يثير إشارات محددة وتوقيعات استعادة. تكشف هذه الأساليب معًا عن عمليات الخلية والسلوكيات المهمة لسلامة الخلايا الفطرية ونمو الخيوط الغازية.


الدكتور ايان هندرسون (جامعة كامبريدج) 22/10/2019

& quot التحكم الوراثي والجيني لإعادة التركيب في جينومات النبات & quot

تتكاثر غالبية النباتات والحيوانات والفطريات عن طريق الانقسام الاختزالي ، والذي له تأثير عميق على التنوع الجيني والتكيف. خلال الانقسام الاختزالي ، تتزاوج الكروموسومات المتجانسة وتتحد ، مما يخلق مجموعات جديدة من الأليلات. ومن المثير للاهتمام أن معدل إعادة التركيب متغير بدرجة كبيرة على طول الكروموسومات ، مع النقاط الساخنة والبقع الباردة. نحن مهتمون بتحديد الآليات التي تسبب التباين في وتيرة إعادة التركيب والآثار المترتبة على ذلك بالنسبة لتطور الجينوم. سأقدم بحثنا الذي يبحث في أدوار العوامل الوراثية والجينية التي تشكل إعادة التركيب في جينومات النبات. سيتضمن ذلك مناقشة دور الكروماتين في تشكيل إعادة التركيب ، والآليات التي يمكن من خلالها للتنوع الجيني أن يتفاعل مع عملية إعادة التركيب. في النهاية ، آمل أن يلقي عملنا الضوء على الدور المبهم لإعادة التركيب في الجينوم وتطور الأنواع.

الدكتور روجر ويليامز (جامعة كامبريدج) 08/10/2019

& quot؛ الآليات الهيكلية لتنظيم الإنزيمات في الاستشعار الغذائي & quot

توازن الخلايا حقيقية النواة بين المسارات الابتنائية والتقويضية من أجل البقاء على قيد الحياة في البيئات المتغيرة. يتم تنشيط eIF2alpha kinase GCN2 عن طريق تجويع الأحماض الأمينية ، بينما يتم تنشيط بروتين كيناز mTORC1 عندما تمتلئ الأحماض الأمينية. ترتبط مسارات استشعار التغذية هذه من خلال تأثيرها على الالتهام الذاتي وحركة مرور الخلايا الداخلية ، وهما مساران عريضان للفرز يعتمدان على إرسال الإشارات بواسطة رُسُل ثانٍ للدهون. يهدف عملنا على GCN2 و mTORC1 و lipid kinase VPS34 إلى فهم كيفية تنظيم هذه الإنزيمات للتحكم في النمو والتسبب في المرض والسرطان. لقد طبقنا توليفة من قياس الطيف الكتلي لتبادل الهيدروجين / الديوتيريوم (HDX-MS) ، وعلم البلورات بالأشعة السينية ، والفحص المجهري بالتبريد الإلكتروني للجسيم الواحد (Cryo-EM) والتصوير المقطعي بالإلكترون (cryo-ET) لفهم هذه الآليات.

يتحكم مركب mTORC1 المعقد في تكاثر الخلايا من خلال دمج إشارات عامل النمو مع التوافر الغذائي. يتم التحكم في تنظيم mTORC1 بواسطة نوعين من بروتينات G الشبيهة بالتبديل التي ترتبط به ، وهما Rag heterodimers و RHEB. تشرح هياكل وديناميكيات مجمع mTORC1 مع Rags و RHEB النشط كيف تنشط المسوخات الورمية المركب عن طريق تجنيده في الجسيمات الحالة وعن طريق التغييرات الخيفية في شكله. مركب إنزيمي يحتوي على فوسفاتيديلينوسيتول 3-كيناز (PI3K) VPS34 هو أيضًا جزء من آلية تنشيط mTORC1. ساعد Cryo-ET و HDX-MS في إلقاء الضوء على دور بروتين G آخر يشبه المحول ، وهو Rab5 ، في تحفيز مركب يحتوي على VPS34 يشارك في فرز الخلايا الداخلية.

بينما يتم تنشيط mTORC1 عن طريق وفرة الأحماض الأمينية ويعزز ترجمة البروتين ، فإن إجهاد المغذيات ينشط GCN2 ، الذي يبدأ الاستجابة المتكاملة للتوتر (ISR) ويثبط الترجمة العامة. يتم تحفيز GCN2 البشري بقوة بواسطة الريبوسومات ، وباستخدام HDX-MS أظهرنا أن GCN2 يتعرف على المجال II من الوحدة الفرعية uL10 لساق الريبوسوم P.


التعريب والوظيفة

يتم تحديد عوامل النسخ AP-2 في الغالب في النواة ، حيث ترتبط بالتسلسلات المستهدفة وتنظم نسخ الجينات المستهدفة. ثبت أيضًا أن بروتينات AP-2 تتداخل مع مسارات نقل الإشارة الأخرى على سبيل المثال ، فقد تم اقتراح أنها تعدل المسار السفلي لجزيء الإشارة التنموي Wnt من خلال الارتباط مع داء البوليبات القولوني الغدي (APC) في النواة. [16].

يمكن التحكم في نشاط البروتينات AP-2 على مستويات متعددة: يمكن تعديل إمكانات معاملاتها ، وربطها بالحمض النووي ، وتوطينها دون الخلوي [17-19] وتدهورها [20 ، 21]. تتضمن آليات التنظيم تعديلات ما بعد الترجمة ، مثل الفسفرة بوساطة بروتين كيناز أ [22 ، 23] ، والسومويليشن [24] وتنظيم الأكسدة والاختزال [25 ، 26] ، بالإضافة إلى التفاعل الفيزيائي مع البروتينات المختلفة (انظر الجدول 3 للحصول على قائمة شاملة). تقوم البروتينات المتفاعلة إما بتعديل نشاط بروتينات AP-2 أو تتأثر في وظيفتها من خلال الارتباط ببروتينات AP-2.

تمت دراسة توزيع الأنسجة والوظائف التنموية لعوامل النسخ AP-2 على نطاق واسع في العديد من الأنواع. ذبابة الفاكهة AP-2 (داب -2) في الجزء العلوي والهياكل العصبية أثناء التطور الجنيني ، وفي الجهاز العصبي المركزي (CNS) والأقراص التخيلية للساق والقرون والشفاه أثناء نمو اليرقات [27 ، 28]. طفرة داب -2 يؤدي الجين إلى عيوب في تطور الخرطوم وتشكيل مفصل الساق [29 ، 30].

تشير أنماط التعبير المتعددة المتداخلة والمتباينة لبروتينات عائلة AP-2 إلى أنه بعد توسع الأسرة أثناء تطور الفقاريات ، تطورت الوظائف الزائدة وغير الزائدة عن الحاجة لأفراد عائلة AP-2 الفرديين. على الرغم من أن بروتين AP-2 الفردي في أمفيوكسوردات السيفالوكوردات يتم التعبير عنه بشكل رئيسي في الأديم الظاهر غير العصبي ، في لامبري ، وهو فقاري بدائي ، اختارت AP-2 مجال التعبير الثاني ، القمة العصبية [8]. تم وصف متماثل AP-2 الفردي حتى الآن في Xenopus يتم التعبير عنها في البشرة والقمة العصبية وقد ثبت أنها ضرورية لتطوير هذه الهياكل [7 ، 31-33]. في أسماك الزرد ، أفراد عائلة AP-2 ، tfap2a و tfap2b [34] ، تتعايش في الأنبوب العصبي والأديم الظاهر والقنوات الكلوية للكلية النامية ، ولكن فقط tfap2a يتم التعبير عنها في خلايا القمة العصبية [35 ، 36]. كشف الاستنساخ الموضعي أن المسوخ نقطة الزرد سميت الجبل الاسود [35] و الفك [36] ترميز tfap2a تعرض الحيوانات الطافرة تطورًا ضعيفًا لمشتقات القمة العصبية ، مثل الهيكل العظمي للوجه والجهاز العصبي المحيطي والخلايا الصبغية [37 ، 38]. من المثير للاهتمام أيضًا ملاحظة أن بروتينات AP-2 يتم التعبير عنها في الأديم الظاهر البدائي لكل من اللافقاريات والفقاريات ، مما يشير إلى دور محفوظ تطوريًا للعائلة في تكوين هذا النسيج.

في الفئران ، ثلاثة من خمسة أفراد من عائلة AP-2 (AP-2α, AP-2β و AP-2γ) في خلايا القمة العصبية ، والجهاز العصبي المحيطي ، واللحمة المتوسطة للوجه والأطراف ، وظهارة مختلفة للجنين النامي والأديم الظهاري خارج المضغ [2 ، 39-41]. AP-2δ يقتصر التعبير بشكل أساسي على القلب النامي والجهاز العصبي المركزي والشبكية [39] ، بينما AP-2ε تم الكشف عن التعبير في خلايا البصلة الشمية [3 ، 4]. على الرغم من أنماط التعبير المتداخلة لـ AP-2α, AP-2β و AP-2γ، وتعطيل هذه AP-2 تكشف الجينات عن أدوار غير زائدة عن الحاجة أثناء التطور. طفرة AP-2α يؤثر في الغالب على القمة العصبية القحفية واللحمة المتوسطة للأطراف ، مما يؤدي إلى اضطرابات في نمو الوجه والأطراف بطريقة تذكر بالعيوب الموصوفة في dAP2 ذباب متحولة [42 ، 43]. AP-2β و AP-2γ، من ناحية أخرى ، ضرورية لنمو الكلى [44 ، 45] أو وضع الجنين في المشيمة [46 ، 47] على التوالي. في البشر ، تولد الطفرات أليلًا سالبًا سالبًا لـ AP-2β لقد ثبت أنه سبب متلازمة شار (الموروث المندلي على الإنترنت في الإنسان (OMIM) 169100 [48]) السمات المميزة لهذه المتلازمة هي القناة الشريانية السالكة (استمرار غير طبيعي لبنية قلب الجنين الطبيعية بعد الولادة) مع تشوه الوجه و أرقام خامسة غير طبيعية [49 ، 50].

بمقارنة جميع الأنماط الظاهرية الطافرة ، يمكن ملاحظة أن فقدان نشاط عامل النسخ AP-2 يضعف عمومًا الانتشار ويحث على التمايز المبكر و / أو موت الخلايا المبرمج في أنواع الخلايا المختلفة أثناء التطور. تم إثبات هذا الاستنتاج بشكل أكبر من خلال نتائج من شاشة للجينات المستهدفة AP-2α [51] ودعمها بدراسات اكتساب الوظيفة في Xenopus والفئران [31 ، 52 ، 53]. نظرًا لأن الانتشار غير المتحكم فيه يؤدي إلى الأورام الخبيثة ، فإن عوامل النسخ AP-2 ليست متورطة فقط في التطور الطبيعي ، ولكن يبدو أيضًا أنها متورطة في الأورام الخلوية ، وقد تم الإبلاغ عن مستويات AP-2 المحسنة في أنواع مختلفة من السرطان [19 ، 54-60) ]. في نموذج سرطان الثدي لدى الفئران ، يتم تحسين تقدم الورم بعد الإفراط في التعبير الجيني عن AP-2γ [55]. وبالتالي ، يمكن اعتبار بروتينات AP-2 بمثابة حراس بوابات يتحكمون في التوازن بين الانتشار والتمايز أثناء التطور الجنيني.


P53: الجين النهائي لقمع الورم؟

ربما تكون التعديلات في الجين المشفر للبروتين الخلوي p53 هي أكثر أنواع الآفات الجينية شيوعًا في سرطان الإنسان. في قلب هذه التغييرات هو إلغاء نشاط مثبط الورم للـ p53 الطبيعي. في كثير من الحالات ، يتم تحقيق ذلك من خلال الطفرات النقطية في p53 ، والتي غالبًا ما تؤدي إلى تغييرات توافقية واضحة. يُعتقد أن عديد الببتيدات الطافرة ، التي تميل إلى التراكم إلى مستويات عالية في الخلايا السرطانية ، تمارس تأثيرًا سلبيًا سائدًا على البروتين p53 الطبيعي المتعايش. قدمت الأبحاث المكثفة حول البروتين p53 ، خاصة خلال السنوات الثلاث الماضية ، الكثير من التبصر في الآليات البيولوجية والكيميائية الحيوية التي تكمن وراء قدرتها على العمل كمثبط فعال للورم. يوجد الآن العديد من المؤشرات على أن p53 قد يلعب دورًا رئيسيًا في التحكم في تكاثر الخلايا ، وبقاء الخلية ، والتمايز. ومع ذلك ، على الرغم من الأهمية المزعومة لـ p53 لمثل هذه العمليات الحاسمة ، يمكن للفئران أن تتطور على ما يبدو دون أي عيب في الغياب التام لـ p53. وهذا يثير احتمال أن يصبح البروتين p53 مقيدًا بشكل حاسم فقط عند فقدان التحكم في النمو الطبيعي. - Oren، M. p53: الجين النهائي لقمع الورم؟ FASEB J. 6: 3169-3176 1992.


إزالة الاستقطاب من الجسم والغشاء جزء من استراتيجية التحوط ضد الرهان الميكروبي التي تؤدي إلى تحمل المضادات الحيوية

ضمن التجمعات البكتيرية ، يكون جزء صغير من الخلايا الدائمة قادرة بشكل عابر على البقاء على قيد الحياة من التعرض لجرعات مميتة من المضادات الحيوية. كإستراتيجية تحوط للرهان ، يتم تحديد مستويات الثبات عن طريق الحث العشوائي والمحفزات البيئية التي تسمى التنويع المستجيب. لا يُعرف سوى القليل عن الآليات التي تربط التردد المنخفض للمضادات بالإشارات البيئية. تدعم نتائجنا دورًا مركزيًا لـ GTPase Obg المحفوظة في تحديد الثبات في Escherichia coli استجابة لتجويع المغذيات. تتطلب المثابرة بوساطة الاستجابة الصارمة المنبه (p) ppGpp والمضي قدمًا من خلال التحكم النسخي لوحدة التوكسين المضاد للسموم hokB-sokB من النوع الأول. في الخلايا الفردية ، تؤدي مستويات Obg المتزايدة إلى تعبير HokB ، مما يؤدي بدوره إلى انهيار إمكانات الغشاء ، مما يؤدي إلى السكون. يتحكم Obg أيضًا في الثبات في Pseudomonas aeruginosa وبالتالي يشكل منظمًا محفوظًا لتحمل المضادات الحيوية. مجتمعة ، تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى خطوة مهمة نحو كشف الآليات الجينية المشتركة الكامنة وراء المثابرة.


البكتيريا الجذرية التي تنتج الأكسينات وتحتوي على 1-amino-cyclopropane-1-carboxylic acid deaminase تقلل من تركيزات الأحماض الأمينية في الجذور وتحسن نمو وإنتاج البطاطس المروية جيدًا والمياه المحدودة (Solanum tuberosum)

أ. Belimov ، مختبر بيولوجيا Rhizosphere ، معهد أبحاث عموم روسيا لعلم الأحياء الدقيقة الزراعية ، Podbelskogo Sh. 3 ، بوشكين ، 196608 سانت بطرسبرغ ، الاتحاد الروسي. بريد إلكتروني: [email protected]

مركز لانكستر للبيئة ، جامعة لانكستر ، لانكستر ، المملكة المتحدة

مختبر بيولوجيا Rhizosphere ، معهد أبحاث عموم روسيا للأحياء الدقيقة الزراعية ، سانت بطرسبرغ ، الاتحاد الروسي

مختبر بيولوجيا Rhizosphere ، معهد أبحاث عموم روسيا لعلم الأحياء الدقيقة الزراعية ، سانت بطرسبرغ ، الاتحاد الروسي

مختبر بيولوجيا Rhizosphere ، معهد أبحاث عموم روسيا للأحياء الدقيقة الزراعية ، سانت بطرسبرغ ، الاتحاد الروسي

مختبر بيولوجيا Rhizosphere ، معهد أبحاث عموم روسيا للأحياء الدقيقة الزراعية ، سانت بطرسبرغ ، الاتحاد الروسي

مختبر بيولوجيا Rhizosphere ، معهد أبحاث عموم روسيا للأحياء الدقيقة الزراعية ، سانت بطرسبرغ ، الاتحاد الروسي

مختبر بيولوجيا Rhizosphere ، معهد أبحاث عموم روسيا للأحياء الدقيقة الزراعية ، سانت بطرسبرغ ، الاتحاد الروسي

مختبر بيولوجيا Rhizosphere ، معهد أبحاث عموم روسيا للأحياء الدقيقة الزراعية ، سانت بطرسبرغ ، الاتحاد الروسي

أ. Belimov ، مختبر بيولوجيا Rhizosphere ، معهد أبحاث عموم روسيا لعلم الأحياء الدقيقة الزراعية ، Podbelskogo Sh. 3 ، بوشكين ، 196608 سانت بطرسبرغ ، الاتحاد الروسي. بريد إلكتروني: [email protected]

مركز لانكستر للبيئة ، جامعة لانكستر ، لانكستر ، المملكة المتحدة

مختبر بيولوجيا Rhizosphere ، معهد أبحاث عموم روسيا للأحياء الدقيقة الزراعية ، سانت بطرسبرغ ، الاتحاد الروسي

مختبر بيولوجيا Rhizosphere ، معهد أبحاث عموم روسيا للأحياء الدقيقة الزراعية ، سانت بطرسبرغ ، الاتحاد الروسي

مختبر بيولوجيا Rhizosphere ، معهد أبحاث عموم روسيا للأحياء الدقيقة الزراعية ، سانت بطرسبرغ ، الاتحاد الروسي

مختبر بيولوجيا Rhizosphere ، معهد أبحاث عموم روسيا للأحياء الدقيقة الزراعية ، سانت بطرسبرغ ، الاتحاد الروسي

مختبر بيولوجيا Rhizosphere ، معهد أبحاث عموم روسيا للأحياء الدقيقة الزراعية ، سانت بطرسبرغ ، الاتحاد الروسي

مختبر بيولوجيا Rhizosphere ، معهد أبحاث عموم روسيا للأحياء الدقيقة الزراعية ، سانت بطرسبرغ ، الاتحاد الروسي

الملخص

تستخدم البكتيريا الجذرية المعززة لنمو النبات (PGPR) الأحماض الأمينية المنبثقة من أنظمة جذر النبات ، ولكن حتى الآن لم تكن هناك قياسات مباشرة لتركيزات ريزوسفير للحمض الأميني 1-amino-cyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) بعد التلقيح بـ PGPR تحتوي على إنزيم ACC deaminase. عند تقديمه إلى جذر اثنين من البطاطس (Solanum tuberosum) أصناف (صنف سويفت وسيرة نيفسكي) ، مختلف ACC deaminase التي تحتوي على الجذور (أكروموباكتر إكسيلوسوكسيدان سم 4 ، Pseudomonas oryzihabitans Ep4 و Variovorax paradoxus 5C-2) لم يقلل فقط من تركيزات ACC في الجذور ولكن أيضًا قلل من تركيزات العديد من الأحماض الأمينية البروتينية (حمض الجلوتاميك ، الهيستيدين ، الآيزولوسين ، الليوسين ، الفنيل ألانين ، السيرين ، الثريونين ، التربتوفان ، التيروزين ، الفالين). لم تكن هذه التأثيرات مرتبطة دائمًا بقدرة البكتيريا على استقلاب هذه المركبات في المختبر، مما يشير إلى الوساطة البكتيرية لنضح الجذر من الأحماض الأمينية. أظهرت جميع البكتريا الجذرية استعمارًا جذريًا مشابهًا بعد تلقيح مزارع الرمل ، وبالتالي فإن الاختلافات في الأنواع في ملامح استخدام الأحماض الأمينية لم تمنح على ما يبدو أي ميزة انتقائية في جذور البطاطس. زاد التلقيح البكتيري الجذري من الكتلة الحيوية للجذور (بنسبة تصل إلى 50٪) ومحصول الدرنات (بنسبة تصل إلى 40٪) في تجارب الأصيص ، وإنتاج الدرنات (بنسبة تصل إلى 27٪) في التجارب الميدانية ، خاصةً عندما نمت النباتات في ظروف محدودة المياه . ومع ذلك ، أظهرت النباتات الملقحة والضابطة علاقات مماثلة لمياه الأوراق ، مما يشير إلى أن الآليات البديلة (تنظيم توازن الهرمونات النباتية) كانت مسؤولة عن تعزيز النمو. زادت البكتيريا الجذرية بشكل عام من عدد الدرنات أكثر من وزن الدرنات الفردية ، مما يشير إلى أن النمو الخضري المتسارع كان مسؤولاً عن زيادة الغلة.


شاهد الفيديو: التركيب الخلوي للمجهريات والبكتيريا بالمختصر (شهر نوفمبر 2022).