معلومة

42.1 ب: الحواجز الفيزيائية والكيميائية - علم الأحياء

42.1 ب: الحواجز الفيزيائية والكيميائية - 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.

VT NG vh BD vR Xj tr Rk Qi AT Xy wq fr mO mV eD

الاستجابة المناعية الفطرية لها حواجز فيزيائية وكيميائية توجد كخط دفاع أول ضد مسببات الأمراض المعدية.

أهداف التعلم

  • وصف الحواجز الفيزيائية والكيميائية في الاستجابة المناعية الفطرية

النقاط الرئيسية

  • يعمل الجلد ، أو السطح الظهاري ، كحاجز أساسي لدخول الميكروبات إلى الجسم ؛ يعمل تقشير الجلد والجفاف وحموضة الجلد على طرد أو قتل مسببات الأمراض الغريبة.
  • تتميز الفتحات ، مثل العينين والفم ، غير المغطاة بالجلد ، بآليات أخرى تمنع من خلالها الدخول ؛ الدموع تغسل الميكروبات ، بينما الأهداب في الممرات الأنفية والجهاز التنفسي تدفع المخاط (الذي يحبس مسببات الأمراض) خارج الجسم.
  • توجد العديد من الحواجز الكيميائية أيضًا بمجرد أن تجعلها مسببات الأمراض تتجاوز الحواجز الفيزيائية الخارجية ؛ تضمن حموضة المعدة بقاء عدد قليل من الكائنات الحية التي تأتي مع الطعام على قيد الحياة في الجهاز الهضمي.

الشروط الاساسية

  • سيليوم: عضية شبيهة بالشعر تنبثق من خلية حقيقية النواة (مثل كائن وحيد الخلية أو خلية واحدة من كائن حي متعدد الخلايا) ، والتي تعمل إما للحركة عن طريق الحركة أو كمستشعرات
  • مبيد للجراثيم: يعمل على تقليل العدوى من الميكروبات

الحواجز الفيزيائية والكيميائية

يتكون الجهاز المناعي من استجابات مناعية فطرية وتكيفية. تحدث المناعة الفطرية بشكل طبيعي بسبب العوامل الوراثية أو علم وظائف الأعضاء. لا ينتج عن العدوى أو التطعيم ، ولكنه متاح باستمرار لتقليل عبء العمل على الاستجابة المناعية التكيفية. تتوسع الاستجابة المناعية التكيفية بمرور الوقت ، وتخزن المعلومات حول العدوى السابقة وتتصاعد الدفاعات الخاصة بمسببات الأمراض. يتضمن كل من المستويات الفطرية والتكيفية للاستجابة المناعية بروتينات مُفرزة ، وإشارات بوساطة مستقبلات ، وتواصل معقد بين خلية وأخرى. من منظور تاريخي ، تطور الجهاز المناعي الفطري في وقت مبكر من تطور الحيوان ، منذ ما يقرب من مليار سنة ، كاستجابة أساسية للعدوى. في الاستجابة المناعية الفطرية ، يؤدي أي تهديد ممرض إلى سلسلة متسقة من الأحداث التي يمكنها تحديد نوع العامل الممرض وإما إزالة العدوى بشكل مستقل أو تعبئة استجابة مناعية تكيفية عالية التخصص.

قبل ظهور أي عوامل مناعية ، يعمل الجلد (المعروف أيضًا باسم السطح الظهاري) كحاجز مستمر وغير سالك لمسببات الأمراض المعدية. يعتبر الجلد أول دفاع لجهاز المناعة الفطري. إنه أول دفاعات غير محددة للحاجز. يتم قتل مسببات الأمراض أو تثبيط نشاطها على الجلد عن طريق الجفاف (الجفاف) وحموضة الجلد. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الكائنات الحية الدقيقة المفيدة التي تتعايش على الجلد تتنافس مع مسببات الأمراض الغازية ، مما يمنع العدوى. التقشر ، أو تقشير الجلد ، يعمل أيضًا على طرد الكائنات الحية التي التصقت بسطح الجسم وتنتظر الدخول. مناطق الجسم غير المحمية بالجلد (مثل العيون والأغشية المخاطية) لها طرق دفاع بديلة. وتشمل هذه الدموع في العين. الأغشية المخاطية التي توفر حماية جزئية على الرغم من الحاجة إلى السماح بالامتصاص والإفراز ؛ إفرازات مخاطية تحبس وتشطف مسببات الأمراض ؛ والأهداب (الهدب المفرد) في الممرات الأنفية والجهاز التنفسي الذي يدفع المخاط مع مسببات الأمراض إلى خارج الجسم. علاوة على ذلك ، تحتوي إفرازات الدموع والمخاط على عوامل مبيدة للجراثيم تمنع العديد من الالتهابات من الدخول عبر هذه الطرق.

على الرغم من هذه الحواجز ، قد تدخل مسببات الأمراض إلى الجسم من خلال السحجات أو الثقوب الجلدية ، أو عن طريق التجمع على الأسطح المخاطية بأعداد كبيرة تتغلب على المخاط أو الأهداب. طورت بعض مسببات الأمراض آليات محددة تسمح لها بالتغلب على الحواجز الفيزيائية والكيميائية.

بمجرد دخول الجسم ، لا يزال لديه العديد من الدفاعات الأخرى ، بما في ذلك الحواجز الكيميائية. وتشمل بعض هذه انخفاض درجة الحموضة في المعدة ، مما يثبط نمو مسببات الأمراض ؛ بروتينات الدم التي تربط أغشية الخلايا البكتيرية وتعطلها ؛ وعملية التبول التي تطرد مسببات الأمراض من المسالك البولية. يحمي الحاجز الدموي الدماغي أيضًا الجهاز العصبي من مسببات الأمراض التي دخلت بالفعل في مجرى الدم ، ولكنها ستلحق أضرارًا أكبر بكثير إذا دخلت الجهاز العصبي المركزي.


الحواجز الفيزيائية والكيميائية

يتكون الجهاز المناعي من استجابات مناعية فطرية وتكيفية. مناعة فطرية يحدث بشكل طبيعي بسبب العوامل الوراثية أو علم وظائف الأعضاء ، ولا ينتج عن العدوى أو التطعيم ولكنه يعمل على تقليل عبء العمل على الاستجابة المناعية التكيفية. يتضمن كل من المستويات الفطرية والتكيفية للاستجابة المناعية بروتينات مُفرزة ، وإشارات بوساطة مستقبلات ، وتواصل معقد من خلية إلى أخرى. تطور نظام المناعة الفطري في وقت مبكر من تطور الحيوان ، منذ ما يقرب من مليار سنة ، كاستجابة أساسية للعدوى. تمتلك المناعة الفطرية عددًا محدودًا من الأهداف المحددة: أي تهديد مُمْرِض يؤدي إلى سلسلة متسقة من الأحداث التي يمكنها تحديد نوع العامل الممرض وإما إزالة العدوى بشكل مستقل أو تعبئة استجابة مناعية تكيفية عالية التخصص. على سبيل المثال ، تحتوي الدموع وإفرازات المخاط على عوامل مبيدات الميكروبات.


يؤدي الالتهاب المستمر بعد نضوب البويضات إلى انهيار حاجز الدم في شبكية العين بشكل لا رجعة فيه

في الجهاز العصبي المركزي ، تشكل الخلايا البطانية (ECs) و pericytes (PCs) لجدران الأوعية الدموية بشكل تعاوني حاجزًا فيزيائيًا وكيميائيًا للحفاظ على التوازن العصبي. ومع ذلك ، في اعتلال الشبكية السكري (DR) ، يُفترض أن فقدان أجهزة الكمبيوتر من جدران الأوعية الدموية يتسبب في انهيار حاجز الدم في شبكية العين (BRB) وما تلاه من اختلالات في الأوعية الدموية تهدد الرؤية. ومع ذلك ، فإن الافتقار إلى نماذج حيوانية مناسبة للاستعمال الكيميائي المباشر حالت دون فهم المرض واكتشاف العقاقير. هنا ، باستخدام الجسم المضاد لـ PDGFRβ ، نظهر أن التثبيط العابر لتجنيد أجهزة الكمبيوتر لتطوير أوعية شبكية مستدامة انفصال EC-PC وانهيار BRB في شبكية عين الفأر البالغة ، مما يؤدي إلى إعادة إنتاج السمات المميزة لـ DR مثل فرط النفاذية ونقص تدفق الدم وتكوين الأوعية الدموية. والجدير بالذكر أن استنفاد الكمبيوتر الشخصي تسبب مباشرة في استجابات التهابية في ECs وتسلل حول الأوعية الضامة ، حيث قام عامل النمو المشيمي VEGF المشتق من البلاعم وعامل النمو المشيمي (PlGF) بتنشيط VEGFR1 في البلاعم و VEGFR2 في ECs. علاوة على ذلك ، أدى تنظيم angiopoietin-2 (Angpt2) وتقليل التنظيم Tie1 إلى تنشيط FOXO1 في ECs خالٍ من أجهزة الكمبيوتر محليًا عند تمدد الأوعية الدموية المتسربة. تم إيقاف هذه الدورة من تلف السفينة عن طريق منع VEGF و PlGF و Angpt2 في وقت واحد ، وبالتالي استعادة سلامة BRB. يوفر نموذجنا معًا فرصًا جديدة لتحديد الأحداث المتسلسلة الناتجة عن نقص جهاز الكمبيوتر ، ليس فقط في DR ، ولكن أيضًا في الاضطرابات العصبية المختلفة.

بيان تضارب المصالح

دبليو إيكيدا موظف في معهد أبحاث كان. نارا و H. Sakai موظفان في Astellas Pharma Inc.

الأرقام

الشكل 1. تثبيط تجنيد الحبيبات (PC) ...

الشكل 1. تثبيط تجنيد الحبيبات (PC) أثناء تطور الأوعية الدموية في شبكية العين.

الشكل 2. نموذج فأر بالغ يستنسخ الخصائص ...

الشكل 2. نموذج الفأر البالغ استنساخ خصائص اعتلال الشبكية السكري (DR).

الشكل 3. اختلالات الأوعية الدموية الشبكية التي لا رجعة فيها بعد ...

الشكل 3. اختلالات الأوعية الدموية الشبكية التي لا رجعة فيها بعد تثبيط PDGFRβ عابر.

الشكل 4. التهاب مستمر في شبكية العين الخالية من البويضات.

الشكل 4. التهاب مستمر في شبكية العين الخالية من البويضات.

( أ ) β-gal تلطيخ في شبكية العين من ...

الشكل 5. تسلل البلاعم (MP) في منطقة خالية من البويضات ...

الشكل 5. تسلل البلاعم (MP) في شبكية العين الخالية من البويضات.

( أ ) قياس التدفق الخلوي في P8 ...

الشكل 6. تفاعلات الخلايا البطانية والبلاعم عبر VEGF ...

الشكل 6. تفاعلات الخلايا البطانية - البلاعم عبر VEGF وعامل نمو المشيمة (PlGF).

الشكل 7. تنظيم Angiopoietin-2 (Angpt2) و FOXO1 ...

الشكل 7. انتفاخ أنجيوبويتين -2 (Angpt2) وتفعيل FOXO1 في الخلايا البطانية الخالية من الخلايا البطانية.

الشكل 8. استعادة سلامة الأوعية الشبكية ...

الشكل 8. استعادة سلامة الأوعية الشبكية عن طريق تحييد عامل نمو بطانة الأوعية الدموية ، وعامل نمو المشيمة ، و ...

الشكل 9. رسم تخطيطي لشبكية دم لا رجعة فيها ...

الشكل 9. رسم تخطيطي لانهيار حاجز الدم في شبكية العين الذي لا رجعة فيه (BRB) في الأوعية الشبكية الخالية من الخلايا المحيطة.


الحواجز الفيزيائية لجسم الحيوان

تلعب الحواجز الفيزيائية الموجودة على سطح الجسم دورًا مهمًا في إبطاء أو منع الغزو الميكروبي. يمكن لعدد قليل جدًا من الكائنات الحية الدقيقة اختراق الجلد السليم بدلاً من ذلك ، وعادة ما يدخل الغزاة من خلال الجروح أو عن طريق الحقن مثل لدغات البعوض. تلتئم جروح الجلد بسرعة لإعادة بناء الحاجز الواقي. تميل جراثيم الجلد المعقدة إلى استبعاد الغزاة الجدد ، بينما تقتل الجزيئات المضادة للميكروبات في العرق العديد من الغزاة المحتملين.

في الممرات الهوائية ، يعمل هيكل الجهاز التنفسي العلوي كمرشح فعال للجزيئات الصغيرة. الممرات الهوائية نفسها مبطنة بطبقة من المخاط اللاصق يمكنها حبس الجسيمات. يحتوي المخاط أيضًا على بروتينات مضادة للميكروبات مثل الديفينسين والليزوزيم والمواد الخافضة للتوتر السطحي. يتم استبدال المخاط "المتسخ" باستمرار بمواد نظيفة حيث ينقله التأثير الهدبي إلى البلعوم حيث يتم ابتلاعه. السعال والعطس يزيلان المهيجات الكبيرة من الممرات الهوائية والأنف وهما تفاعلات دفاعية أساسية.

يرتكز دفاع الأمعاء إلى حد كبير على وجود الميكروبات المتعايشة الضخمة والمعقدة. إذا فشل كل شيء آخر ، فقد يتم إزالة الغزاة بسرعة من الجهاز الهضمي عن طريق القيء والإسهال.

تلعب الجراثيم المعوية دورًا رئيسيًا في الحفاظ على صحة الحيوان. أولاً ، يعتبر مصدرًا للمغذيات ، خاصة في العواشب ، حيث يوفر وسيلة لاستغلال النظام الغذائي الغني بالسليلوز ومصدرًا للفيتامينات الأساسية. تستبعد مجموعة الميكروبات الكبيرة والمتكيفة جيدًا العديد من مسببات الأمراض المحتملة من خلال المنافسة. والأهم من ذلك ، أن التحفيز المستمر الذي يوفره وجود هذه الكائنات الحية يحفز تطور جهاز المناعة التكيفي وينظم شدة الالتهاب الذي يتوسطه جهاز المناعة الفطري.


ما هي الاستجابات المناعية الفيزيائية (ع) والكيميائية (ج) والبيولوجية (ب) المناعية؟

الاستجابة المناعية الجسدية هي السعال حيث يتم طرد المخاط مع جزيئات الغبار لمنع جزيئات الغبار الضارة من الدخول إلى الجسم. الاستجابة المناعية الكيميائية هي إفراز اللعاب الذي يتم فيه إفراز العديد من الإنزيمات مثل الليزوزيم ، والنظام المتمم هو الاستجابة المناعية البيولوجية التي تتطلب تكوين مركب معقد للأجسام المضادة من أجل عملها.

الجواب الصحيح هو الخيار (ب).

يُعرّف السعال بأنه نوع من الاستجابة الجسدية لأن المخاط المفرز يساعد في إزالة الملوثات ومسببات الأمراض من الحلق والرئتين.

اللعاب هو استجابة كيميائية لأنه يحتوي على أنواع مختلفة من الإنزيمات التي تعمل كمواد مضادة للبكتيريا عندما يتعلق الأمر بهجوم العوامل الممرضة.

النظام المتمم هو استجابة بيولوجية لأنه يثير استجابة ينتج عنها إنتاج أجسام مضادة لقتل مسببات الأمراض من الجسم.

الجواب ف: السعال ج: اللعاب ب: النظام التكميلي.

السعال هو استجابة مناعية جسدية لأنه يزيل ميكانيكيًا (جسديًا) المهيجات ومسببات الأمراض من الرئتين. العطس هو أيضًا استجابة مناعية جسدية.
اللعاب هو استجابة مناعية كيميائية لأنه يحتوي على إنزيمات مختلفة قادرة على تكسير مسببات الأمراض.
النظام المتمم هو استجابة مناعية بيولوجية لأنه ينشط الجزيئات البيولوجية ، مثل الأجسام المضادة ، لإزالة مسببات الأمراض من الكائن الحي.

ف: سعال ج: لعاب ب: نظام مكمل

تنقسم المناعة إلى فئتين: المناعة الفطرية التي تستخدم فيها الحواجز المادية لحماية الجسم ، والمناعة المكتسبة حيث تحميها الخلايا المتخصصة الموجودة في أنسجة الجسم من مسببات الأمراض (الكائنات الحية المسببة للأمراض).

تشمل الحواجز أو الآليات الفيزيائية التي تحمي الجسم أيضًا المواد الكيميائية التي تساعد على زيادة حماية الجسم من مسببات الأمراض. الأمثلة هي:

1. الجلد السليم. يتكون الجلد من طبقة الكيراتين الخارجية. يجعل الكيراتين البشرة شديدة الصلابة والمقاومة. عادة لا تستطيع مسببات الأمراض اختراق الجلد لإلحاق الأذى بنا ، ما لم يتشقق الجلد.

2. الأغشية المخاطية. هذه أغشية رقيقة تشكل بطانة واقية داخل العديد من أعضاء وأجزاء الجسم مثل القصبة الهوائية. المخاط الذي تنتجه هذه الأغشية يحبس البكتيريا والجزيئات الضارة التي يتم طردها بعد ذلك من الجسم.

3. الدموع. تحتوي دموع أعيننا على مادة كيميائية تسمى الليزوزيم يمكنها قتل البكتيريا.

تساعد المناعة المكتسبة على حماية أجسامنا من خلال استخدام إجراءات بيولوجية محددة وتشمل:

1. الأجسام المضادة. يتم إنتاج الأجسام المضادة بواسطة خلايا خاصة من الجهاز المناعي تسمى الخلايا البائية. تحارب الأجسام المضادة وتحييد مسببات الأمراض التي تهربت من الحواجز المادية ودخلت الجسم.

2. البالعات. هذه خلايا بيضاء خاصة تسمى الخلايا التائية والتي تتعرف على مسببات الأمراض في الجسم وتتعرف عليها ثم تقتلها بابتلاعها.


فهم الحاجز الظهاري: ما تخبرنا به البيولوجيا الجزيئية وعلم الوراثة عن وظائف الغشاء المخاطي للفم وأنسجة البشرة

إن بشرة الجلد والغشاء المخاطي للفم عبارة عن ظهارة طبقية عالية التخصص تعمل على حماية الجسم من الأضرار الفيزيائية والكيميائية ، والعدوى ، والجفاف ، وفقدان الحرارة. للحفاظ على هذا الحاجز الحرج ، تخضع الأنسجة الظهارية للتجديد والإصلاح المستمر. تخضع الخلايا الظهارية (الخلايا الكيراتينية) لبرنامج تمايز طرفي ، يعبر عن مجموعة من البروتينات الهيكلية ، الكيراتين ، التي تتجمع في خيوط وتعمل للحفاظ على سلامة الخلايا والأنسجة. يعمل نوعان من هياكل التصاق الخلايا ، الديسموسومات والهيميديسموسومات ، على لصق الخلايا الكيراتينية ببعضها البعض والغشاء القاعدي ، وربط الهيكل الخلوي الكيراتين بسطح الخلية. ظهارة متقرنة مثل البشرة واللثة الفموية التي يجب أن تتحمل قوى فيزيائية وكيميائية شديدة تنتج بنية صلبة ، غلاف الخلية المتقرن. هذا المغلف هو مكون رئيسي للحاجز الظهاري على سطح الأنسجة. تلخص هذه المقالة فهمنا الحالي لبنية ووظيفة هذه المكونات الخلوية المختلفة وتناقش الأمراض الوراثية والمكتسبة المختلفة التي تغير من سلامة الأنسجة ووظيفة الحاجز. نسلط الضوء أيضًا على العمل الأخير الذي يوضح كيف يمكن أن يؤدي فقدان أو توهين بعض البروتياز إلى ظهور مبكر لالتهاب دواعم السن وفقدان الأسنان بالإضافة إلى تشوهات ظهارية أخرى.


42.1 ب: الحواجز الفيزيائية والكيميائية - علم الأحياء

الحواجز الفيزيائية والكيميائية (المناعة الفطرية)

  • ال جلد يحتوي على طبقة سميكة من الخلايا الميتة في البشرة والتي توفر حاجزًا ماديًا. يزيل التساقط الدوري للبشرة الميكروبات.
  • ال الأغشية المخاطية ينتج مخاط التي تحبس الميكروبات.
  • شعر داخل الأنف يقوم بتصفية الهواء المحتوي على ميكروبات وغبار وملوثات
  • أهداب يبطن مصائد الجهاز التنفسي العلوي ويدفع الحطام المستنشق إلى الحلق
  • البول يطرد الميكروبات من مجرى البول
  • التغوط و التقيؤ -طرد الكائنات الحية الدقيقة.
  • ليسوزيم، وهو إنزيم ينتج في دموعوالعرق واللعاب يمكن أن يكسر جدران الخلايا وبالتالي يعمل كمضاد حيوي (يقتل البكتيريا)
  • عصير المعدة في المعدة يقضي على البكتيريا ومعظم السموم لأن العصارة المعدية شديدة الحموضة (درجة الحموضة 2-3)
  • اللعاب يخفف من عدد الكائنات الدقيقة ويغسل الأسنان والفم
  • حموضة على الجلد تمنع نمو البكتيريا
  • الزهم (الأحماض الدهنية غير المشبعة) توفر طبقة واقية على الجلد وتمنع النمو
  • حمض الهيالورونيك هي مادة هلامية تعمل على إبطاء انتشار العوامل الضارة

مقاومة غير محددة (مناعة فطرية)

  • الخلايا البلعمية ابتلاع وتدمير جميع الميكروبات التي تنتقل إلى أنسجة الجسم. على سبيل المثال البلاعم هي خلايا مشتقة من حيدات (نوع من خلايا الدم البيضاء). تغادر البلاعم مجرى الدم وتدخل أنسجة الجسم للقيام بدوريات بحثًا عن مسببات الأمراض. عندما يصادف الضامة ميكروبًا ، هذا ما يحدث:
    1. الميكروب يرتبط بالبلعمة.
    2. يمتد غشاء البلازما في البلعمة ويحيط بالميكروب ويأخذ الميكروب إلى الخلية في الحويصلة.
    3. تندمج الحويصلة مع الليزوزوم الذي يحتوي على إنزيمات هضمية.
    4. تبدأ الإنزيمات الهضمية في تكسير الميكروب. تستخدم البلعمة أي مغذيات يمكن أن تتركها وتترك الباقي كمواد غير قابلة للهضم وشظايا مستضدية داخل الحويصلة.
    5. تصنع البلعمة علامات البروتين وتدخل الحويصلة.
    6. تتم إزالة المواد غير القابلة للهضم عن طريق إفراز الخلايا.
    7. ترتبط شظايا المستضد بعلامة البروتين ويتم عرضها على سطح غشاء البلازما. تفرز البلاعم بعد ذلك الإنترلوكين -1 الذي ينشط الخلايا التائية لإفراز إنترلوكين 2 ، كما هو موضح أدناه تحت مقاومة محددة.
  • إشعال هي استجابة نسيجية موضعية تحدث عندما تتلف أنسجتك واستجابة لمحفزات أخرى. يجلب الالتهاب المزيد من خلايا الدم البيضاء إلى الموقع الذي غزت فيه الميكروبات. ينتج عن الاستجابة الالتهابية تورم واحمرار وحرارة وألم
  • حمى يمنع نمو البكتيريا ويزيد من معدل إصلاح الأنسجة أثناء الإصابة.

المقاومة النوعية (المناعة المكتسبة)

  1. عندما يتم اكتشاف مستضد بواسطة البلاعم (كما هو موضح أعلاه تحت البلعمة) ، فإن هذا يتسبب في تنشيط الخلايا التائية.

    يسمى تنشيط الخلايا التائية بواسطة مستضد معين مناعة خلوية. يحتوي الجسم على ملايين الخلايا التائية المختلفة ، كل منها قادر على الاستجابة لمستضد معين.

  2. تفرز الخلايا التائية انترلوكين 2. انترلوكين 2 يسبب انتشار بعض الخلايا التائية السامة للخلايا و الخلايا البائية.
  3. من هنا ، تتبع الاستجابة المناعية مسارين: أحدهما يستخدم الخلايا التائية السامة للخلايا والآخر يستخدم الخلايا البائية.
  • الخلايا التائية السامة للخلايا قادرة على التعرف على المستضدات الموجودة على سطح خلايا الجسم المصابة.
  • ترتبط الخلايا التائية السامة للخلايا بالخلايا المصابة وتفرز السموم الخلوية التي تحفز موت الخلايا المبرمج (انتحار الخلية) في الخلية المصابة و perforins التي تسبب ثقوب في الخلايا المصابة.
  • كل من هاتين الآليتين تدمر العامل الممرض في خلية الجسم المصابة.

انقر هنا للحصول على رسم متحرك عن الخلايا التائية السامة للخلايا.

يتبع الرسوم المتحركة أسئلة الممارسة. انقر هنا لمزيد من أسئلة التدريب.

تفعيل الخلية التائية المساعدة ودورها في المناعة:

مسار الخلية التائية

  • يمكن للخلايا التائية إما تدمير الميكروبات مباشرة أو استخدام إفرازات كيميائية لتدميرها.
  • في الوقت نفسه ، تحفز الخلايا التائية الخلايا البائية على الانقسام والتكوين خلايا البلازما القادرة على الإنتاج الأجسام المضادة و خلايا الذاكرة ب.
  • إذا دخل نفس المستضد إلى الجسم لاحقًا ، فإن خلايا الذاكرة B تنقسم لإنتاج المزيد من خلايا البلازما وخلايا الذاكرة التي يمكن أن تحمي من الهجمات المستقبلية من نفس المستضد.
  • عندما تقوم الخلايا التائية بتنشيط (تحفيز) الخلايا البائية لتقسيمها إلى خلايا بلازما ، فإن هذا يسمى مناعة بوساطة الأجسام المضادة.

انقر هنا للحصول على رسم متحرك عن الاستجابة المناعية.

يتبع الرسوم المتحركة أسئلة الممارسة.

  • مفتش
  • IgM
  • إيغا
  • IgE
  • IgD

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الخلايا التائية:

هذه الخلايا تفرز أنانتيرلوكين 2 (أنا -2) الذي يحفز انقسام الخلايا للخلايا التائية والخلايا البائية. بمعنى آخر ، تقوم هذه الخلايا بتجنيد المزيد من الخلايا للمساعدة في محاربة العوامل الممرضة.

تظل هذه الخلايا نائمة بعد التعرض الأولي لمستضد. إذا قدم نفس المستضد نفسه مرة أخرى ، حتى لو كان ذلك بعد سنوات ، يتم تحفيز خلايا الذاكرة لتحويل نفسها إلى خلايا T السامة للخلايا والمساعدة في محاربة العامل الممرض.

تستند هذه المواد إلى العمل المدعوم من قبل برنامج المنح التعليمية للتمريض والصحة المساندة وغيرها من برامج المنح التعليمية المتعلقة بالصحة ، وهو برنامج منح ممول من عائدات تسوية الدعوى القضائية الخاصة بالولاية & rsquos Tobacco ويديره مجلس تنسيق التعليم العالي في تكساس.


في جهاز المناعة ، ما هي الحواجز الكيميائية؟

الحواجز الكيميائية ، فيما يتعلق بعلم المناعة البشرية ، هي الأحماض الدهنية والبروتينات والإفرازات الجسدية وغيرها من المواد ذات الخصائص الطبيعية التي تساعد في الدفاع عن الجسم ضد الأمراض أو العدوى. قد يكون لهذه المواد خصائص مضادة للميكروبات ، أو منخفضة الأس الهيدروجيني ، أو تعمل على تكسير أو زعزعة استقرار الخلايا البكتيرية. لم يتم تصميم معظم هذه الحواجز لتكون دفاعات أولية للجهاز المناعي ، بل لها خصائص مثل وظيفة ثانوية. القليل منها موجود فقط كآلية دفاعية لجهاز المناعة.

يحتوي جسم الإنسان على العديد من الأنظمة للدفاع ضد التهديدات أو العدوى المحتملة ، بما في ذلك المناعة الفطرية أو المكيفة ، والآليات النشطة أو السلبية ، والحواجز التشريحية أو الخلطية أو الخلوية. من حيث تصنيف الحواجز الكيميائية ، فإن هذه الآليات فطرية ، سلبية ، وتندرج تحت عنوان الحواجز التشريحية.

كجزء من جهاز المناعة الفطري ، فإن هذه الحواجز تكون مدمجة عند الولادة. بعبارة أخرى ، لا يتعين على الجسم تكييف جهاز المناعة لمكافحة العدوى باستخدام هذه الحواجز لأنها موجودة قبل اليوم الأول من حياة الفرد. يشير تصنيف الحواجز الكيميائية على أنها حواجز سلبية إلى أن مساعدة جهاز المناعة هي وظيفة ثانوية. كحواجز تشريحية ، فهي موجودة خارج أنسجة الجسم ، وليس على المستوى الخلوي.

يتم إنتاج البروتينات والأحماض والإفرازات والإنزيمات التي تشكل الحواجز الكيميائية لأداء مهام أولية محددة كجزء من وظائف الجسم الطبيعية أو اللاإرادية. على سبيل المثال ، ينتج الجسم العرق كجزء من نظام التبريد الطبيعي. يعتبر التعرق أيضًا حاجزًا سلبيًا لجهاز المناعة البشري لأن درجة الحموضة المنخفضة فيه تمنع نمو البكتيريا.

تشمل الدفاعات الأخرى اللعاب والدموع وإفرازات الأنف. تحتوي هذه المواد على كل من الليزوزيم والفوسفوليباز ، وهي مواد تعمل بشكل طبيعي على تكسير الجدار الخارجي والأغشية الخلوية للخلايا البكتيرية. الغرض الأساسي من اللعاب هو المساعدة على الهضم ، حيث تساعد الدموع والإفرازات الأنفية في طرد المواد الغريبة والحفاظ على رطوبة أغشية الجسم. حقيقة أن هذه المواد الكيميائية لها أيضًا تأثير سلبي على البكتيريا المهددة هي آثار جانبية أكثر من الوظيفة الأساسية.

تحمي الحواجز الكيميائية الداخلية أيضًا من العدوى في حالة وصول البكتيريا أو التهديدات الأخرى إلى الأنظمة أو الأعضاء الداخلية. البروتينات الموجودة في الرئتين والجهاز الهضمي ، والمعروفة باسم ديفينسين ، لها خصائص مضادة للميكروبات تقتل أنواعًا معينة من البكتيريا. تتنافس المواد الكيميائية المعوية الأخرى مع الخلايا المعدية للحصول على العناصر الغذائية أو تلتصق بجدران الخلايا ، مما يؤدي إلى تجويع الخلايا الضارة أو المهددة. مثل الأحماض الدهنية في العرق ، تحتوي المواد الكيميائية المعدية المعوية أيضًا على درجة حموضة منخفضة ، مما يمنع نمو البكتيريا الضارة داخل الجسم.


محتويات

ظهر التحول في البكتيريا لأول مرة في عام 1928 من قبل عالم البكتيريا البريطاني فريدريك جريفيث. [3] كان جريفيث مهتمًا بتحديد ما إذا كان يمكن استخدام حقن البكتيريا المميتة بالحرارة لتلقيح الفئران ضد الالتهاب الرئوي. ومع ذلك ، اكتشف أن سلالة غير خبيثة من العقدية الرئوية يمكن أن تكون خبيثة بعد تعرضها لسلالات فتاكة تقتل الحرارة. افترض جريفيث أن بعض "المبادئ التحويلية" من السلالة القاتلة للحرارة كانت مسؤولة عن جعل السلالة غير المؤذية خبيثة. في عام 1944 ، تم تحديد "مبدأ التحويل" هذا على أنه جيني من قبل أوزوالد أفيري وكولين ماكليود وماكلين مكارتي. لقد عزلوا الحمض النووي من سلالة خبيثة من الرئوية الرئوية واستخدام هذا الحمض النووي فقط كان قادرًا على جعل سلالة ضارة وخبيثة. لقد أطلقوا على هذا الامتصاص ودمج الحمض النووي بواسطة البكتيريا "التحول" (انظر تجربة Avery-MacLeod-McCarty). تطوير الواسمات الجينية واكتشاف طرق أخرى للنقل الجيني (الاقتران في عام 1947 والتحول في عام 1953) من قبل جوشوا ليدربيرج حيث تم قبول تجارب أفيري. [5]

كان يعتقد في الأصل أن الإشريكية القولونية، وهو كائن معملي شائع الاستخدام ، كان مقاومًا للتحول. ومع ذلك ، في عام 1970 ، أظهر مورتون ماندل وأكيكو هيغا ذلك بكتريا قولونية يمكن حثها على أخذ الحمض النووي من العاثية λ دون استخدام الملتهمة المساعدة بعد العلاج بمحلول كلوريد الكالسيوم. [6] بعد ذلك بعامين في عام 1972 ، أظهر ستانلي نورمان كوهين وآني تشانغ وليزلي هسو أن CaCl
2 العلاج فعال أيضًا في تحويل DNA البلازميد. [7] طريقة التحويل بواسطة Mandel و Higa تم تحسينها لاحقًا بواسطة Douglas Hanahan. [8] اكتشاف الكفاءة المستحثة صناعيًا في بكتريا قولونية ابتكر إجراءً فعالًا وملائمًا لتحويل البكتيريا مما يسمح بأساليب استنساخ جزيئي أبسط في مجال التكنولوجيا الحيوية والبحوث ، وهو الآن إجراء مخبري يستخدم بشكل روتيني.

تم تطوير التحول باستخدام Electroporation في أواخر الثمانينيات ، مما أدى إلى زيادة كفاءة التحول في المختبر وزيادة عدد السلالات البكتيرية التي يمكن تحويلها. [9] تم أيضًا التحقيق في تحول الخلايا الحيوانية والنباتية مع أول فأر معدل وراثيًا يتم إنشاؤه عن طريق حقن جين لهرمون نمو الفئران في جنين فأر في عام 1982. [10] في عام 1897 ، جرثومة تسببت في حدوث أورام نباتية ، أغروباكتريوم توميفاسيانز، وفي أوائل السبعينيات من القرن الماضي ، وجد أن العامل المحفز للورم هو بلازميد DNA يسمى Ti plasmid. [11] عن طريق إزالة الجينات من البلازميد التي تسببت في الورم وإضافة جينات جديدة ، تمكن الباحثون من إصابة النباتات بـ A. الورم والسماح للبكتيريا بإدخال الحمض النووي المختار في جينومات النباتات. [12] ليست كل الخلايا النباتية عرضة للإصابة بالعدوى A. الورم، لذلك تم تطوير طرق أخرى ، بما في ذلك التثقيب الكهربائي والحقن الدقيق. [13] أصبح القصف الجزيئي ممكنًا مع اختراع نظام توصيل الجسيمات البيولوجية (مسدس الجينات) بواسطة جون سانفورد في الثمانينيات. [14] [15] [16]

التحول هو أحد ثلاثة أشكال من نقل الجينات الأفقي التي تحدث في الطبيعة بين البكتيريا ، حيث ينتقل ترميز الحمض النووي للسمات من بكتيريا إلى أخرى ويتم دمجه في الجينوم المتلقي عن طريق إعادة التركيب المتماثل ، أما النوعان الآخران فيتم تنفيذهما عن طريق الوسائل من العاثية ، والاقتران ، حيث يتم تمرير الجين من خلال الاتصال المباشر بين البكتيريا. [1] في التحول ، تمر المادة الجينية عبر الوسط المتداخل ، ويعتمد الامتصاص كليًا على البكتيريا المتلقية. [1]

تشير الكفاءة إلى حالة مؤقتة من القدرة على تناول الحمض النووي الخارجي من البيئة التي قد تحدث في المختبر. [1]

يبدو أنها عملية قديمة موروثة من سلف بدائية النواة المشتركة والتي تعد تكيفًا مفيدًا لتعزيز الإصلاح التأشبي لتلف الحمض النووي ، وخاصة الضرر المكتسب في ظل ظروف مرهقة. يبدو أن التحول الجيني الطبيعي هو تكيف لإصلاح تلف الحمض النووي الذي يولد أيضًا التنوع الجيني. [1] [17]

تمت دراسة التحول في أنواع البكتيريا سالبة الجرام المهمة طبيًا مثل هيليكوباكتر بيلوري, البكتيريا المستروحة, النيسرية السحائية, النيسرية البنية, المستدمية النزلية و ضمة الكوليرا. [18] كما تمت دراسته أيضًا في الأنواع سالبة الجرام الموجودة في التربة مثل Pseudomonas stutzeri, Acinetobacter baylyi، ومسببات الأمراض النباتية سالبة الجرام مثل Ralstonia solanacearum و Xylella fastidiosa. [18] تمت دراسة التحول بين البكتيريا موجبة الجرام في الأنواع المهمة طبيًا مثل العقدية الرئوية, العقدية الطافرة, المكورات العنقودية الذهبية و العقدية الدم وفي بكتيريا التربة إيجابية الجرام العصوية الرقيقة. [17] كما تم الإبلاغ عنه في 30 نوعًا على الأقل من بروتيوباكتيريا موزعة في فصول alpha و beta و gamma و epsilon. [19] أفضل درس بروتيوباكتيريا فيما يتعلق بالتحول هي مسببات الأمراض البشرية الهامة طبيا النيسرية البنية (فئة بيتا) ، المستدمية النزلية (فئة جاما) و هيليكوباكتر بيلوري (فئة إبسيلون) [17]

يمكن أيضًا استخدام "التحول" لوصف إدخال مادة وراثية جديدة في الخلايا غير البكتيرية ، بما في ذلك الخلايا الحيوانية والنباتية ، ولكن نظرًا لأن "التحول" له معنى خاص فيما يتعلق بالخلايا الحيوانية ، مما يشير إلى التقدم إلى حالة سرطانية ، فإن العملية هي عادة ما تسمى "تعداء". [2]

اعتبارًا من عام 2014 ، كان من المعروف أن حوالي 80 نوعًا من البكتيريا قادرة على التحول ، تقريبًا مقسمة بالتساوي بين البكتيريا موجبة الجرام والبكتيريا سالبة الجرام ، وقد يكون الرقم مبالغًا فيه نظرًا لأن العديد من التقارير مدعومة بأوراق فردية. [1]

تحمل البكتيريا المختصة بطبيعتها مجموعات من الجينات التي توفر آلية البروتين لنقل الحمض النووي عبر غشاء (أغشية) الخلية. قد يتطلب نقل الحمض النووي الخارجي إلى الخلايا بروتينات تشارك في تجميع النوع الرابع من الحبيبات ونظام إفراز النوع الثاني ، بالإضافة إلى مجمع إنزيم ناقلة الحمض النووي في الغشاء السيتوبلازمي. [20]

نظرًا للاختلافات في بنية غلاف الخلية بين البكتيريا موجبة الجرام والبكتيريا سالبة الجرام ، فهناك بعض الاختلافات في آليات امتصاص الحمض النووي في هذه الخلايا ، ولكن معظمها يشترك في سمات مشتركة تشمل البروتينات ذات الصلة. يرتبط الحمض النووي أولاً بسطح الخلايا المختصة على مستقبلات الحمض النووي ، ويمر عبر الغشاء السيتوبلازمي عبر ترانسيلوكاز الحمض النووي. [21] قد يمر عبر الحمض النووي أحادي الجديلة فقط ، بينما يتحلل الخيط الآخر بواسطة نوكليازات في هذه العملية. يمكن بعد ذلك دمج الحمض النووي المفرد الذي تقطعت به السبل في الكروموسومات البكتيرية عن طريق عملية تعتمد على RecA. في الخلايا سالبة الجرام ، نظرًا لوجود غشاء إضافي ، يتطلب الحمض النووي وجود قناة مكونة من سيكريتينات على الغشاء الخارجي. قد تكون Pilin مطلوبة من أجل الكفاءة ، لكن دورها غير مؤكد. [22] عادةً ما يكون امتصاص الحمض النووي غير محدد التسلسل ، على الرغم من أن وجود تسلسلات معينة لامتصاص الحمض النووي في بعض الأنواع قد يسهل امتصاص الحمض النووي بكفاءة. [23]

تحرير التحول الطبيعي

التحول الطبيعي هو تكيف بكتيري لنقل الحمض النووي الذي يعتمد على التعبير عن العديد من الجينات البكتيرية التي يبدو أن منتجاتها مسؤولة عن هذه العملية. [20] [19] بشكل عام ، يعتبر التحول عملية تنموية معقدة تتطلب طاقة. لكي تتحد البكتيريا وتتناول وتعيد تجميع الحمض النووي الخارجي في كروموسومها ، يجب أن تصبح مختصة ، أي أن تدخل حالة فسيولوجية خاصة. تطوير الكفاءات في العصوية الرقيقة يتطلب التعبير عن حوالي 40 جينًا. [24] عادةً ما يكون الحمض النووي المدمج في كروموسوم المضيف (ولكن مع استثناءات نادرة) مشتقًا من بكتيريا أخرى من نفس النوع ، وبالتالي فهو متماثل مع الكروموسوم المقيم.

في B. الرقيقة طول الحمض النووي المنقول أكبر من 1271 كيلو بايت (أكثر من مليون قاعدة). [25] من المحتمل أن يكون الطول المنقولة عبارة عن دنا مزدوج الجديلة وغالبًا ما يكون أكثر من ثلث إجمالي طول الكروموسوم البالغ 4215 كيلو بايت. [26] يبدو أن حوالي 7-9٪ من الخلايا المتلقية تأخذ كروموسوم كامل. [27]

يبدو أن القدرة على التحول الطبيعي تحدث في عدد من بدائيات النوى ، وحتى الآن 67 نوعًا بدائيات النوى (في سبع شعب مختلفة) من المعروف أنها تخضع لهذه العملية. [19]

عادة ما يتم تحفيز الكفاءة على التحول عن طريق كثافة الخلايا العالية و / أو القيود الغذائية ، وهي الظروف المرتبطة بالمرحلة الثابتة لنمو البكتيريا. التحول في المستدمية النزلية يحدث بشكل أكثر فاعلية في نهاية النمو الأسي حيث يقترب النمو البكتيري من المرحلة الثابتة. [28] التحول في العقدية الطافرة، كما هو الحال في العديد من المكورات العقدية الأخرى ، تحدث بكثافة خلوية عالية وترتبط بتكوين الأغشية الحيوية الرقيقة. [29] الاختصاص في B. الرقيقة يتم إحداثه في نهاية النمو اللوغاريتمي ، خاصة في ظل ظروف الحد من الأحماض الأمينية. [30] وبالمثل ، في ميكروكوكس لوتس (ممثل عن الأقل دراسة أكتينوباكتيريا phylum) ، تتطور الكفاءة خلال منتصف مرحلة النمو الأسي المتأخر ويتم تشغيلها أيضًا عن طريق تجويع الأحماض الأمينية. [31] [32]

من خلال إطلاق العائل السليم والحمض النووي البلازميدي ، يُعتقد أن بعض العاثيات تساهم في التحول. [33]

التحول ، كتكييف لإصلاح الحمض النووي

يتم تحفيز الكفاءة على وجه التحديد من خلال الظروف الضارة للحمض النووي. على سبيل المثال ، يتم إحداث التحول في العقدية الرئوية بواسطة العوامل المدمرة للحمض النووي ميتوميسين C (عامل ربط متقاطع للحمض النووي) وفلوروكينولون (مثبط توبويزوميراز الذي يتسبب في حدوث فواصل مزدوجة الخيط). [34] في B. الرقيقة، يزداد التحول عن طريق ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، وهو عامل ضار للحمض النووي. [35] في هيليكوباكتر بيلوري، سيبروفلوكساسين ، الذي يتفاعل مع DNA gyrase ويقدم فواصل مزدوجة الخيط ، يحفز التعبير عن جينات الكفاءة ، وبالتالي تعزيز وتيرة التحول [36] باستخدام البكتيريا المستروحة، شاربينتير وآخرون. [37] اختبرت 64 جزيءًا سامًا لتحديد أي منها يحفز الكفاءة. من بين هؤلاء ، تسببت ستة فقط ، جميعها عوامل ضارة بالحمض النووي ، في تحريض قوي. كانت هذه العوامل المدمرة للحمض النووي هي ميتوميسين C (الذي يسبب ارتباطات متشابكة للحمض النووي) ، نورفلوكساسين ، أوفلوكساسين وحمض ناليديكسيك (مثبطات جريز الحمض النووي التي تسبب انكسارات الشريط المزدوج [38]) ، البيسيكلوميسين (يسبب انكسارات أحادية ومزدوجة الخيط [38]). 39]) ، وهيدروكسي يوريا (يحث على أكسدة قاعدة الحمض النووي [40]). تسبب ضوء الأشعة فوق البنفسجية أيضًا في الكفاءة في المستروحة. شاربينتير وآخرون. [37] اقترح أن الكفاءة من أجل التحول ربما تطورت كاستجابة لتلف الحمض النووي.

تختلف البكتيريا المتنامية لوغاريتميًا عن بكتيريا الطور الثابت فيما يتعلق بعدد نسخ الجينوم الموجودة في الخلية ، وهذا له آثار على القدرة على تنفيذ عملية إصلاح مهمة للحمض النووي. During logarithmic growth, two or more copies of any particular region of the chromosome may be present in a bacterial cell, as cell division is not precisely matched with chromosome replication. The process of homologous recombinational repair (HRR) is a key DNA repair process that is especially effective for repairing double-strand damages, such as double-strand breaks. This process depends on a second homologous chromosome in addition to the damaged chromosome. During logarithmic growth, a DNA damage in one chromosome may be repaired by HRR using sequence information from the other homologous chromosome. Once cells approach stationary phase, however, they typically have just one copy of the chromosome, and HRR requires input of homologous template from outside the cell by transformation. [41]

To test whether the adaptive function of transformation is repair of DNA damages, a series of experiments were carried out using B. الرقيقة irradiated by UV light as the damaging agent (reviewed by Michod et al. [42] and Bernstein et al. [41] ) The results of these experiments indicated that transforming DNA acts to repair potentially lethal DNA damages introduced by UV light in the recipient DNA. The particular process responsible for repair was likely HRR. Transformation in bacteria can be viewed as a primitive sexual process, since it involves interaction of homologous DNA from two individuals to form recombinant DNA that is passed on to succeeding generations. Bacterial transformation in prokaryotes may have been the ancestral process that gave rise to meiotic sexual reproduction in eukaryotes (see Evolution of sexual reproduction Meiosis.)

Bacterial Edit

Artificial competence can be induced in laboratory procedures that involve making the cell passively permeable to DNA by exposing it to conditions that do not normally occur in nature. [43] Typically the cells are incubated in a solution containing divalent cations (often calcium chloride) under cold conditions, before being exposed to a heat pulse (heat shock). Calcium chloride partially disrupts the cell membrane, which allows the recombinant DNA to enter the host cell. Cells that are able to take up the DNA are called competent cells.

It has been found that growth of Gram-negative bacteria in 20 mM Mg reduces the number of protein-to-lipopolysaccharide bonds by increasing the ratio of ionic to covalent bonds, which increases membrane fluidity, facilitating transformation. [44] The role of lipopolysaccharides here are verified from the observation that shorter O-side chains are more effectively transformed – perhaps because of improved DNA accessibility.

The surface of bacteria such as بكتريا قولونية is negatively charged due to phospholipids and lipopolysaccharides on its cell surface, and the DNA is also negatively charged. One function of the divalent cation therefore would be to shield the charges by coordinating the phosphate groups and other negative charges, thereby allowing a DNA molecule to adhere to the cell surface.

DNA entry into بكتريا قولونية cells is through channels known as zones of adhesion or Bayer's junction, with a typical cell carrying as many as 400 such zones. Their role was established when cobalamine (which also uses these channels) was found to competitively inhibit DNA uptake. Another type of channel implicated in DNA uptake consists of poly (HB):poly P:Ca. In this poly (HB) is envisioned to wrap around DNA (itself a polyphosphate), and is carried in a shield formed by Ca ions. [44]

It is suggested that exposing the cells to divalent cations in cold condition may also change or weaken the cell surface structure, making it more permeable to DNA. The heat-pulse is thought to create a thermal imbalance across the cell membrane, which forces the DNA to enter the cells through either cell pores or the damaged cell wall.

Electroporation is another method of promoting competence. In this method the cells are briefly shocked with an electric field of 10-20 kV/cm, which is thought to create holes in the cell membrane through which the plasmid DNA may enter. After the electric shock, the holes are rapidly closed by the cell's membrane-repair mechanisms.

Yeast Edit

Most species of yeast, including خميرة الخميرة, may be transformed by exogenous DNA in the environment. Several methods have been developed to facilitate this transformation at high frequency in the lab. [45]

  • Yeast cells may be treated with enzymes to degrade their cell walls, yielding spheroplasts. These cells are very fragile but take up foreign DNA at a high rate. [46]
  • Exposing intact yeast cells to alkalications such as those of caesium or lithium allows the cells to take up plasmid DNA. [47] Later protocols adapted this transformation method, using lithium acetate, polyethylene glycol, and single-stranded DNA. [48] In these protocols, the single-stranded DNA preferentially binds to the yeast cell wall, preventing plasmid DNA from doing so and leaving it available for transformation. [49] : Formation of transient holes in the cell membranes using electric shock this allows DNA to enter as described above for bacteria. [50]
  • Enzymatic digestion [51] or agitation with glass beads [52] may also be used to transform yeast cells.

كفاءة – Different yeast genera and species take up foreign DNA with different efficiencies. [53] Also, most transformation protocols have been developed for baker's yeast, S. cerevisiae, and thus may not be optimal for other species. Even within one species, different strains have different transformation efficiencies, sometimes different by three orders of magnitude. For instance, when S. cerevisiae strains were transformed with 10 ug of plasmid YEp13, the strain DKD-5D-H yielded between 550 and 3115 colonies while strain OS1 yielded fewer than five colonies. [54]

تحرير النباتات

A number of methods are available to transfer DNA into plant cells. Some vector-mediated methods are:

  • أجروباكتريوم-mediated transformation is the easiest and most simple plant transformation. Plant tissue (often leaves) are cut into small pieces, e.g. 10x10mm, and soaked for ten minutes in a fluid containing suspended أجروباكتريوم. The bacteria will attach to many of the plant cells exposed by the cut. The plant cells secrete wound-related phenolic compounds which in turn act to upregulate the virulence operon of the Agrobacterium. The virulence operon includes many genes that encode for proteins that are part of a Type IV secretion system that exports from the bacterium proteins and DNA (delineated by specific recognition motifs called border sequences and excised as a single strand from the virulence plasmid) into the plant cell through a structure called a pilus. The transferred DNA (called T-DNA) is piloted to the plant cell nucleus by nuclear localization signals present in the Agrobacterium protein VirD2, which is covalently attached to the end of the T-DNA at the Right border (RB). Exactly how the T-DNA is integrated into the host plant genomic DNA is an active area of plant biology research. Assuming that a selection marker (such as an antibiotic resistance gene) was included in the T-DNA, the transformed plant tissue can be cultured on selective media to produce shoots. The shoots are then transferred to a different medium to promote root formation. Once roots begin to grow from the transgenic shoot, the plants can be transferred to soil to complete a normal life cycle (make seeds). The seeds from this first plant (called the T1, for first transgenic generation) can be planted on a selective (containing an antibiotic), or if an herbicide resistance gene was used, could alternatively be planted in soil, then later treated with herbicide to kill wildtype segregants. Some plants species, such as نبات الأرابيدوبسيس thaliana can be transformed by dipping the flowers or whole plant, into a suspension of أغروباكتريوم توميفاسيانز, typically strain C58 (C=Cherry, 58=1958, the year in which this particular strain of A. الورم was isolated from a cherry tree in an orchard at Cornell University in Ithaca, New York). Though many plants remain recalcitrant to transformation by this method, research is ongoing that continues to add to the list the species that have been successfully modified in this manner. (transduction): Package the desired genetic material into a suitable plant virus and allow this modified virus to infect the plant. If the genetic material is DNA, it can recombine with the chromosomes to produce transformant cells. However, genomes of most plant viruses consist of single stranded RNA which replicates in the cytoplasm of infected cell. For such genomes this method is a form of transfection and not a real transformation, since the inserted genes never reach the nucleus of the cell and do not integrate into the host genome. The progeny of the infected plants is virus-free and also free of the inserted gene.

Some vector-less methods include:

    : Also referred to as particle bombardment, microprojectile bombardment, or biolistics. Particles of gold or tungsten are coated with DNA and then shot into young plant cells or plant embryos. Some genetic material will stay in the cells and transform them. This method also allows transformation of plant plastids. The transformation efficiency is lower than in أجروباكتريوم-mediated transformation, but most plants can be transformed with this method. : Formation of transient holes in cell membranes using electric pulses of high field strength this allows DNA to enter as described above for bacteria. [55]

تحرير الفطريات

There are some methods to produce transgenic fungi most of them being analogous to those used for plants. However, fungi have to be treated differently due to some of their microscopic and biochemical traits:

  • A major issue is the dikaryotic state that parts of some fungi are in dikaryotic cells contain two haploid nuclei, one of each parent fungus. If only one of these gets transformed, which is the rule, the percentage of transformed nuclei decreases after each sporulation. [56]
  • Fungal cell walls are quite thick hindering DNA uptake so (partial) removal is often required [57] complete degradation, which is sometimes necessary, [56] yields protoplasts.
  • Mycelial fungi consist of filamentous hyphae, which are, if at all, separated by internal cell walls interrupted by pores big enough to enable nutrients and organelles, sometimes even nuclei, to travel through each hypha. As a result, individual cells usually cannot be separated. This is problematic as neighbouring transformed cells may render untransformed ones immune to selection treatments, e.g. by delivering nutrients or proteins for antibiotic resistance. [56]
  • Additionally, growth (and thereby mitosis) of these fungi exclusively occurs at the tip of their hyphae which can also deliver issues. [56]

As stated earlier, an array of methods used for plant transformation do also work in fungi:

  • Agrobacterium is not only capable of infecting plants but also fungi, however, unlike plants, fungi do not secrete the phenolic compounds necessary to triggger Agrobacterium so that they have to be added e.g. in the form of acetosyringone. [56]
  • Thanks to development of an expression system for small RNAs in fungi the introduction of a CRISPR/CAS9-system in fungal cells became possible. [56] In 2016 the USDA declared that it will not regulate a white button mushroom strain edited with CRISPR/CAS9 to prevent fruit body browning causing a broad discussion about placing CRISPR/CAS9-edited crops on the market. [58]
  • Physical methods like electroporation, biolistics (“gene gun”), sonoporation that uses cavitation of gas bubbles produced by ultrasound to penetrate the cell membrane, etc. are also applicable to fungi. [59]

تحرير الحيوانات

Introduction of DNA into animal cells is usually called transfection, and is discussed in the corresponding article.

The discovery of artificially induced competence in bacteria allow bacteria such as الإشريكية القولونية to be used as a convenient host for the manipulation of DNA as well as expressing proteins. Typically plasmids are used for transformation in بكتريا قولونية. In order to be stably maintained in the cell, a plasmid DNA molecule must contain an origin of replication, which allows it to be replicated in the cell independently of the replication of the cell's own chromosome.

The efficiency with which a competent culture can take up exogenous DNA and express its genes is known as transformation efficiency and is measured in colony forming unit (cfu) per μg DNA used. A transformation efficiency of 1×10 8 cfu/μg for a small plasmid like pUC19 is roughly equivalent to 1 in 2000 molecules of the plasmid used being transformed.

In calcium chloride transformation, the cells are prepared by chilling cells in the presence of Ca 2+
(in CaCl
2 solution), making the cell become permeable to plasmid DNA. The cells are incubated on ice with the DNA, and then briefly heat-shocked (e.g., at 42 °C for 30–120 seconds). This method works very well for circular plasmid DNA. Non-commercial preparations should normally give 10 6 to 10 7 transformants per microgram of plasmid a poor preparation will be about 10 4 /μg or less, but a good preparation of competent cells can give up to

10 8 colonies per microgram of plasmid. [60] Protocols, however, exist for making supercompetent cells that may yield a transformation efficiency of over 10 9 . [61] The chemical method, however, usually does not work well for linear DNA, such as fragments of chromosomal DNA, probably because the cell's native exonuclease enzymes rapidly degrade linear DNA. In contrast, cells that are naturally competent are usually transformed more efficiently with linear DNA than with plasmid DNA.

The transformation efficiency using the CaCl
2 method decreases with plasmid size, and electroporation therefore may be a more effective method for the uptake of large plasmid DNA. [62] Cells used in electroporation should be prepared first by washing in cold double-distilled water to remove charged particles that may create sparks during the electroporation process.

Selection and screening in plasmid transformation Edit

Because transformation usually produces a mixture of relatively few transformed cells and an abundance of non-transformed cells, a method is necessary to select for the cells that have acquired the plasmid. [63] The plasmid therefore requires a selectable marker such that those cells without the plasmid may be killed or have their growth arrested. Antibiotic resistance is the most commonly used marker for prokaryotes. The transforming plasmid contains a gene that confers resistance to an antibiotic that the bacteria are otherwise sensitive to. The mixture of treated cells is cultured on media that contain the antibiotic so that only transformed cells are able to grow. Another method of selection is the use of certain auxotrophic markers that can compensate for an inability to metabolise certain amino acids, nucleotides, or sugars. This method requires the use of suitably mutated strains that are deficient in the synthesis or utility of a particular biomolecule, and the transformed cells are cultured in a medium that allows only cells containing the plasmid to grow.

In a cloning experiment, a gene may be inserted into a plasmid used for transformation. However, in such experiment, not all the plasmids may contain a successfully inserted gene. Additional techniques may therefore be employed further to screen for transformed cells that contain plasmid with the insert. Reporter genes can be used as markers, such as the لاكز gene which codes for β-galactosidase used in blue-white screening. This method of screening relies on the principle of α-complementation, where a fragment of the لاكز الجين (lacZα) in the plasmid can complement another mutant لاكز الجين (lacZΔM15) in the cell. Both genes by themselves produce non-functional peptides, however, when expressed together, as when a plasmid containing lacZ-α is transformed into a lacZΔM15 cells, they form a functional β-galactosidase. The presence of an active β-galactosidase may be detected when cells are grown in plates containing X-gal, forming characteristic blue colonies. However, the multiple cloning site, where a gene of interest may be ligated into the plasmid vector, is located within the lacZα الجين. Successful ligation therefore disrupts the lacZα gene, and no functional β-galactosidase can form, resulting in white colonies. Cells containing successfully ligated insert can then be easily identified by its white coloration from the unsuccessful blue ones.

Other commonly used reporter genes are green fluorescent protein (GFP), which produces cells that glow green under blue light, and the enzyme luciferase, which catalyzes a reaction with luciferin to emit light. The recombinant DNA may also be detected using other methods such as nucleic acid hybridization with radioactive RNA probe, while cells that expressed the desired protein from the plasmid may also be detected using immunological methods.


Physical Barriers of an Animal's Body

The physical barriers on the surface of the body play a critical role in slowing or blocking microbial invasion. Very few microorganisms can penetrate intact skin instead, invaders usually enter through wounds or by injections such as mosquito bites. Skin wounds heal rapidly to reestablish the protective barrier. A complex skin microbiota tends to exclude new invaders, while antimicrobial molecules in sweat kill many would-be invaders.

In the airways, the structure of the upper respiratory tract serves as an effective filter of small particles. The airways themselves are lined by a layer of adhesive mucus that can trap particles. The mucus also contains antimicrobial proteins such as defensins, lysozyme, and surfactants. “Dirty” mucus is constantly being replaced by clean material as ciliary action carries it to the pharynx, where it is swallowed. Coughing and sneezing remove larger irritants from the airways and nasal passages and are essential defensive reactions.

The defense of the intestine centers largely on the presence of the huge, complex commensal microbiota. If all else fails, invaders may be rapidly removed from the GI tract by vomiting and diarrhea.

The intestinal microbiota plays a key role in maintaining animal health. First, it is a source of nutrients, especially in herbivores, where it provides a means of exploiting a cellulose-rich diet and a source of essential vitamins. This microbiota also plays a critical role in the defense of the body. The large, well-adapted microbial population excludes many potential pathogens through competition. More importantly, the constant stimulus provided by the presence of these organisms stimulates the development of the adaptive immune system and regulates the intensity of inflammation mediated by the innate immune system.


شاهد الفيديو: الجهاز المناعي: آلية الدفاع الطبيعية في الجسم. AFP Animé (شهر نوفمبر 2024).