معلومة

كيف يمكن أن تتكاثر الإشريكية القولونية بهذه السرعة؟

كيف يمكن أن تتكاثر الإشريكية القولونية بهذه السرعة؟


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.

تحتوي الإشريكية القولونية على جينوم تقريبًا 5×106 بي بي. يمكن أن يتبلمر بوليميراز الحمض النووي الرئيسي المتضمن في تكرار الكروموسوم الخاص به (DNA pol III ، الذي يتميز بأعلى قدرة معالجة) ~103 النيوكليوتيدات في الثانية. من خلال عملية حسابية بسيطة ، نخلص إلى أن تكرار الكروموسوم بأكمله سيستغرق حوالي 5000 ثانية (حوالي 80 دقيقة ، لذلك أكثر من ساعة). من المحتمل أن يستغرق تكرار الخلية بالكامل أكثر من ذلك بكثير ، مع الأخذ في الاعتبار أنه ليس فقط DNA Pol III متورط. ومع ذلك ، في الظروف المثلى ، يمكن أن تتضاعف الإشريكية القولونية في الواقع في ~30 دقيقة. كيف يمكن أن يكون ذلك ممكنا؟

OBS: جميع الأرقام المستخدمة هنا تقريبية ، لكنها كافية لحساب المقدار الصحيح.


على أية حال الإشريكية القولونية له أصل واحد فقط من النسخ المتماثل (oriC) ، يستمر النسخ المتماثل في كلا الاتجاهين منه. وبالتالي ، بناءً على حساباتك ، يستغرق تكرار الحمض النووي 40 دقيقة (وهي لا تزال طويلة جدًا إذا كان وقت المضاعفة 30 دقيقة). يكمن الحل في بدء النسخ المتماثل مرة أخرى قبل اكتمال الجولة السابقة ، وإليك بعض الأبحاث التي توضح ذلك:


Yoshikawa H ، O'Sulliven A ، Sueoka N. 1964. التكرار المتسلسل لـ العصوية الرقيقة كروموسوم. Prod Nat Acad Sci 52: 973-980

من الواضح أن التكاثر ثنائي التفرع مفيد لنمو البكتيريا لأن البكتيريا يمكنها تكرار الكروموسومات بشكل أسرع من وجود نقطة تكرار واحدة. بنقطة تكرار واحدة ، سيكون وقت النسخ المتماثل ، وبالتالي وقت توليد الخلية ، مقيدًا بالمعدل الأقصى لبوليميراز الحمض النووي.


كوبر إس ، هيلمستيتر سي. 1968. استنساخ الكروموسوم ودورة انقسام Escherichia coli B / r. جيه مول بيو 31 (3): 519-540

... الخلايا التي تنمو أسرع من 40 دقيقة لكل مضاعفة يجب أن تبدأ نقاط تكرار جديدة قبل الانتهاء من تخليق الحمض النووي في النقاط السابقة ؛ بمعنى آخر ، يجب أن يكون هناك شوكات متعددة.


سكارستاد ك ، بوي إي ، ستين إتش بي. 1986. توقيت بدء تكاثر الكروموسوم في خلايا الإشريكية القولونية الفردية. EMBO J 5 (7): 1711-1717

في الثقافات سريعة النمو ، مع النسخ المتماثل المتوازي للعديد من الكروموسومات ، سينتهي الأمر بالخلايا ب 2 ن (ن = 1 ، 2 ، 3) كروموسومات إذا حدث البدء في وقت واحد في جميع الأصول. قد تحتوي الثقافة ذات البدء غير المتزامن بالإضافة إلى ذلك على خلايا ذات أعداد غير منتظمة (لا تساوي 2 ن) من الكروموسومات. إن تواتر الخلايا ذات الأعداد غير المنتظمة من الكروموسومات هو مقياس لدرجة عدم تزامن البدء.


Fossum S ، Crooke E ، Skarstad K. 2007. تنظيم أصول الشقيقة وإعادة تكوينها أثناء تكرار الحمض النووي متعدد الشوكات في الإشريكية القولونية. EMBO J 26 (21): 4514-4522

… يحدث الابتداء في أصلين في الخلية "الأم". يمكن أن يحدث حتى في خلية "الجدة" في أربعة أصول إذا تجاوز الوقت المستغرق لتكرار الكروموسوم وفصله جيلين.

هذه الصورة الأخيرة مثيرة للاهتمام لأنك ترى بالفعل أصول النسخ المتماثل المتعددة في خلايا مفردة عن طريق الفحص المجهري الفلوري.


قد تتجاوز معدلات انقسام الخلايا معدلات تكرار الحمض النووي ، لأن تكرار الحمض النووي يمكن أن يحدث بالتوازي، بينما انقسام الخلية دائمًا تسلسلي. في كروموسوم دائري مثل الإشريكية القولونية ، يبدأ النسخ المتماثل في أصل التكاثر. بمجرد تكرار الأصل ، يمكن بدء تكرار كروموسوم آخر هناك ، في حين أن السابق لم ينته حتى. يسمح هذا النسخ المتماثل المتوازي بمعدلات انقسام الخلايا التي تتجاوز سرعات ازدواجية الكروموسوم.


نسخ متشعب بتنسيق بكتريا قولونية. المصدر: فوسم وآخرون. (2007)

المرجعي
- فوسم وآخرون., مجلة EMBO (2007); 26: 4514-22


تعد القدرة على التعبير عن البروتينات البشرية وتنقيتها أمرًا ضروريًا للبحث العلمي. ومع ذلك ، يمكن أن تنشأ تحديات عند التبديل بين الأنظمة التي ليست هي نفسها في الأساس. فيما يلي بعض النصائح لتعبير البروتين المؤتلف في بكتريا قولونية:

تحسين كودون

غالبًا ما تُظهر الكائنات الحية المختلفة تفضيلات معينة لأحد الكودونات العديدة التي تشفر نفس الحمض الأميني (تحيز الكودون). عند التعبير عن جين بشري (على سبيل المثال) في بكتريا قولونية، من المهم مراعاة أن المضيف قد يكون لديه تفضيلات مختلفة لكودونات معينة. ضع ذلك في الاعتبار عند تصميم البنية الجينية الخاصة بك. الهدف هنا هو زيادة كفاءة الترجمة للبروتين عن طريق تبادل تسلسلات الكودون على الجين المستهدف لجعله متوافقًا للقراءة بواسطة tRNAs في سلالة المضيف.

نصيحة رقم 1: عدد من المخططات مع تكرار استخدام الكودون لـ بكتريا قولونية من خلال البحث في Google عن "بكتريا قولونية تحسين الكودون. "

سلالة التعبير

فحص متعدد بكتريا قولونية سلالات للتعبير عن البروتين المستهدف هي خطوة يتم تجاهلها غالبًا. يوجد عدد لا حصر له من السلالات على ما يبدو. يعبر البعض عن نسخ إضافية من الكودون النادر tRNAs (على سبيل المثال ، BL21 (DE3) RIL و Rosetta) بينما تم تصميم البعض الآخر للمساعدة في مشاكل الذوبان (على سبيل المثال ، تعبر سلالة ArcticExpress عن المرافقين المكيفة الباردة). يمكن أيضًا العثور على سلالات التعبير إما في أشكال مختصة كيميائيًا أو كهربيًا ، لذا تحقق من أي منها يعمل بشكل أفضل للبروتين الذي يهمك.

نصيحة رقم 2: بكتريا قولونية يعبر بشكل طبيعي عن العديد من البروتينات التي لها صلة عالية براتنج النيكل (يستخدم لتنقية العلامة 6xHis). تعتمد سلالات Kerafast's LOBSTR على سلالة BL21 (DE3) الشهيرة ، ولكن اثنين من الملوثات الرئيسية (بكتريا قولونية ArnA و SlyD) لم يعد يلتصق براتنج النيكل. يمكن أن يساعد هذا بشكل كبير على الطريق أثناء تنقية التقارب.

الوسائط ودرجة الحرارة والاستقراء

يمكنك اختبار وسائط مختلفة تتراوح من المعقدة إلى الحد الأدنى أو محددة في تجارب تعبير اختبار صغيرة لمعرفة أيها ينتج أقصى تعبير عن البروتين الخاص بك. درجة الحرارة التي تنمو عندها بكتريا قولونية يجب مراعاة الخلايا التي تحفز (تعبر عن البروتين المستهدف). من الشائع إلى حد ما القيام بتحريض سريع إلى حد ما (4-6 ساعات) عند 25-37 درجة مئوية. غالبًا ما يؤدي الحث البطيء (12-16 ساعة) عند درجة حرارة أكثر برودة (يستخدم 16 درجة مئوية بشكل متكرر) إلى زيادة التعبير عن البروتين المستهدف القابل للذوبان. أخيرًا ، من المهم تحديد أفضل تركيز لـ Isopropyl-β-D-1-thiogalactopyranoside (IPTG) أو كاشف تحريضي آخر باستخدام تجارب تعبير اختبار صغيرة.

نصيحة رقم 3: قبل الحث ، تأكد من ضبط درجة حرارة الحاضنة ودرجة حرارة المزارع حسب درجة حرارة الاستقراء المطلوبة. يمكن استخدام حمامات الجليد والغرف الباردة لتسريع هذا التبريد. الهدف هنا هو إبطاء انقسام الخلايا بمجرد الوصول إلى الكثافة المرغوبة للخلايا (على سبيل المثال ، OD600 = 1.0).

نصيحة رقم 4: غالبًا ما تكون المخمرات مفيدة للنطاق الأكبر بكتريا قولونية تعبير البروتين.

طهارة

يسمح تنقية التقارب بفصل البروتين المستهدف عن عدد كبير من بكتريا قولونية البروتينات الموجودة في الخلية المحللة. من المحتمل أن تكون علامة 6x-His هي الخيار الأكثر شيوعًا للتنقية الأولية للبروتينات المؤتلفة. ومع ذلك ، توجد العديد من علامات الاندماج الأخرى أيضًا ، بما في ذلك: GST و Trx و MBP ومجال ربط الكيتين و GFP و Strep-II. من المهم أيضًا الإشارة إلى أن علامات التقارب قد تعطل استقرار البروتين الخاص بك. من المفيد أحيانًا تجربة علامات N-terminal و C-terminal لمعرفة أيهما يعبر بشكل أفضل.

نصيحة رقم 5: عند تحلل الخلايا ، يتم دمج المحتويات الخلوية ، مما يعرض البروتين المستهدف لمختلف أنواع البروتياز ، وما إلى ذلك الموجودة. يمكن أن يؤدي استخدام مثبطات الأنزيم البروتيني مثل PMSF والبنزاميدين إلى تقليل تحلل البروتين غير المرغوب فيه.

نصيحة رقم 6: يمكن أن تساعد علامة التقارب MBP في استقرار البروتين المستهدف من خلال العمل كمرافق من الأنواع وزيادة تعبير البروتين القابل للذوبان. يرتبط MBP براتنج الأميلوز ، والذي يمكن استخدامه كخطوة تنقية أولية.

نصيحة رقم 7: هل تخطط لإزالة علامة التقارب الخاصة بك؟ تأكد من أن موقع التعرف على انشقاق البروتياز غير موجود أيضًا في تسلسل البروتين الخاص بك.

هل ما زلت تواجه مشكلة؟ ربما حان الوقت لإلقاء نظرة على نظام تعبير مختلف. توجد العديد من أنظمة الثدييات والحشرات والخميرة وقد ثبت أنها تحسن بشكل كبير من التعبير عن العديد من البروتينات الصعبة.


تقلص للبقاء على قيد الحياة: البكتيريا تتكيف مع نمط حياة في حالة تغير مستمر

نزهات الصيف وحفلات الشواء على بعد أسابيع قليلة فقط! بقدر ما أنت متحمس للانغماس هذا الصيف ، الإشريكية القولونية تتوق البكتيريا إلى تناول الطعام في بوفيه كل ما يمكنك تناوله الذي هم على وشك تجربته في أمعائك.

ومع ذلك ، سيحدث شيء غير متوقع مثل بكتريا قولونية الخلايا تنهي رحلتها عبر الجهاز الهضمي. دون سابق إنذار ، سوف يجدون أنفسهم يسبحون في المرحاض الخاص بك ، ويتشبثون بآخر أجزاء من العناصر الغذائية المرتبطة بأجسادهم. كيف تتكيف هذه الكائنات الدقيقة لتنجو من المجاعة المفاجئة؟ تساءل العلماء في جامعة واشنطن في سانت لويس.

الفحص الدقيق للمغذيات المحرومة بكتريا قولونية تحت المجهر - وهي عملية روتينية في المختبر تدرس حجم الخلية البكتيرية - كشفت عن خلايا تبدو مختلفة ، وأن هذه الاختلافات مرتبطة بقدرتها على البقاء.

قالت بيترا ليفين ، أستاذة علم الأحياء في الآداب والعلوم ، التي يعمل بها عالم ما بعد الدكتوراه ، كوري ويستفول: وكان الطالب الجامعي جيسي كاو أول من قام بهذه الملاحظة.

الفراغ الذي يشير إليه ليفين ، بين الأغشية الداخلية والخارجية للبكتيريا ، يسمى بيريبلازم. بالتعاون مع Kerwyn Casey Huang ، أستاذ الهندسة الحيوية وعلم الأحياء الدقيقة وعلم المناعة في جامعة ستانفورد ، وعالم ما بعد الدكتوراه ، Handuo Shi ، وجد ليفين استجابة تطورية غير متوقعة للمجاعة - استجابة قد تحافظ على بكتريا قولونية على قيد الحياة حتى يجدون بوفيههم التالي.

تم نشر العمل هذا الأسبوع في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

أظهر علماء الأحياء ذلك متى بكتريا قولونية تفتقر الخلايا إلى المغذيات ، ويصبح السيتوبلازم أكثر كثافة مع انخفاض حجمه ، ربما بسبب فقدان الماء. في الوقت نفسه ، يزداد حجم محيط البلازما حيث ينسحب الغشاء الداخلي بعيدًا عن الغشاء الخارجي.

وقال ليفين: "على الرغم من أننا لا نعرف على وجه اليقين حتى الآن ، إلا أننا نعتقد أن الخلية تركز العناصر الغذائية في السيتوبلازم بحيث يمكنها الاستمرار في تشغيل عملية التمثيل الغذائي بمعدل مرتفع". "ربما هذا هو التكيف مع بكتريا قولونيةأسلوب حياة يتغير باستمرار وبسرعة ، حيث يعرف أن كل بيئة مؤقتة ".

وجد العلماء أن الانكماش قابل للانعكاس. بمجرد نقل البكتيريا المتعطشة إلى وسط غني بالمغذيات ، تمدد الغشاء الداخلي والسيتوبلازم. انتعشت الخلايا البكتيرية بسرعة من الجوع ، خاصة عندما بكتريا قولونية حصلوا على مصدر الكربون المفضل لديهم ، الجلوكوز. والأهم من ذلك ، إذا كان نظام تول بال سليما.

نظام Tol-Pal عبارة عن آلية خلوية مهمة تتكون من بروتينات تربط الغشاء الخارجي بالغشاء الداخلي. لكن وظيفتها لم تُدرس بشكل جيد. مع توسع الغشاء الداخلي ، يساعد نظام Tol-Pal في إعادة توصيله بالغشاء الخارجي ، كما يتكهن العلماء. عندما غاب نظام Tol-Pal ، نزفت المحتويات الداخلية للخلايا.

قال ليفين: "نتوقع أن يعمل تول بال كمنزلق سحاب ، مما يساعد الغشاء الداخلي على الانزلاق في طبقة الغشاء الخارجي أثناء التعافي".

ماذا يحدث لبروتينات الغشاء المضمنة في كل من الغشاء الداخلي والخارجي عندما ينسحب الغشاء الداخلي بعيدًا عن الغشاء الخارجي؟ هل يتمزقون؟ ليفين وزملاؤه لا يعرفون حتى الآن ويأملون في الإجابة على هذه الأسئلة في المستقبل.


تسمح سلالة الإشريكية القولونية ثلاثية الكروموسوم بعزل الكروموسوم وزرعه

الشكل 1: تقسيم الكروموسوم تم تقسيم كروموسوم الإشريكية القولونية إلى ثلاثة كروموسومات بحجم 1 ميغا بايت ، واستخدم الكروموسوم لزرع الجينوم. الائتمان: جامعة ريكيو

كانت القضية المثيرة للقلق هي أن جينوم Escherichia coli (E. coli) ، الذي يتكون من 4.6 مليون زوج أساسي من DNA دائري واحد ، كبير جدًا بحيث لا يمكن معالجته بعد الاستخلاص ونقله إلى بكتيريا أخرى.

في هذه الدراسة ، نجحت مجموعة من الباحثين في جامعة ريكيو بقيادة الأستاذ المساعد تاكاهيتو موكاي والبروفيسور ماسايوكي سويتسوجو في تقسيم جينوم الإشريكية القولونية إلى جينوم ثلاثي مكون من مليون زوج أساسي لكل جينوم (جينوم منقسم) باستخدام أصغر سلالة من جينوم الإشريكية القولونية تم إنشاؤها حتى الآن. بالإضافة إلى ذلك ، نجحوا في استخراج الجينوم المنشق من البكتيريا وتثبيته في الإشريكية القولونية الأخرى.

إنه إنجاز كبير أن تكاثر الإشريكية القولونية بثبات حتى بعد تقسيم الجينوم البكتيري إلى جينوم ثلاثي. للمضي قدمًا ، من الضروري توضيح كيفية التحكم في تكرار وتوزيع الجينوم الثلاثي. أيضًا ، طورت هذه المجموعة البحثية تقنية تخليق الحمض النووي العملاق دون استخدام خلايا (خالية من الخلايا) وأبلغت عن تقنية خالية من الخلايا لتضخيم مليون زوج أساسي من الحمض النووي الدائري. في المستقبل ، من المتوقع أن يؤدي تركيب جينومات مجزأة مركبة خالية من الخلايا في الإشريكية القولونية إلى تكوين بكتريا قولونية اصطناعية ذات وظائف قيمة مصممة ، مثل إنتاج المواد.

من المتوقع أن يؤدي هذا الإنجاز إلى توضيح آلية تكرار / فصل الجينوم وأيضًا إلى تطبيق أدوات في البيولوجيا التركيبية لتحويل الجينوم ، مخطط الحياة ، حتى نتمكن من إنشاء حياة مصممة وظيفيًا. تم نشر النتائج في هذه الدراسة في النسخة على الإنترنت كورقة بحثية في بحوث الأحماض النووية في 28 أبريل 2021.


طابق مسار التخمير مع المنتج التجاري الصحيح الذي يستخدم في إنتاجه:

___ تخمير الأسيتون - البيوتانول - الإيثانول أ. خبز
___ تخمير الكحول ب. الأدوية
___ تخمير حمض اللاكتيك ج. جبنة سويسرية
___ التخمر الحمضي المختلط د. زبادي
___ تخمير حمض البروبيونيك ه. مذيبات صناعية


كيف تنجح الإشريكية القولونية المقاومة للأدوية كتهديد للصحة العامة

واشنطن العاصمة - 23 أبريل 2019 - في دراسة نُشرت هذا الأسبوع ، أجرى فريق دولي من الباحثين تحليلات عالية الدقة لأكثر من 850 جينومًا مقاومًا للأدوية لتحديد استراتيجيات البقاء التي تستخدمها استنساخ الإشريكية القولونية المقاومة للأدوية. تم نشر البحث في مبيو، وهي مجلة مفتوحة الوصول للجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة.

في السنوات الأخيرة ، ظهر وانتشار مقاومة للأدوية المتعددة بكتريا قولونية أثار مخاوف بشأن الأوبئة التي تنتظر حدوثها. ولسبب وجيه: بكتريا قولونية يمكن أن تسبب الحيوانات المستنسخة المسببة للأمراض خارج القناة الهضمية التهابات خطيرة في الدم والمسالك البولية وأماكن أخرى. سيتطلب تطوير طرق جديدة لمنع تطور وانتشار مسببات الأمراض المقاومة للأدوية المتعددة فهمًا أفضل لسبب نجاحها في المقام الأول.

والجدير بالذكر أن الباحثين وجدوا أنه على الرغم من أن السكان بكتريا قولونية تتكاثر الحيوانات المستنسخة بسرعة ، فهي لا تهيمن على البيئة المضيفة. كشفت التحليلات طريقتين متميزتين تتطور وتنجح المستنسخات. أحد هذه العوامل هو الفصل المناسب: يجب على أحفاد نفس السلالة البكتيرية ، أو الكليد ، التنافس على نفس الموارد. نتيجة لذلك ، انتشروا ووجدوا موائل منفصلة.

ثانيًا ، وجد الباحثون دليلاً على أن تطور العوامل الممرضة تتشكل من خلال عملية تسمى الاختيار المعتمد على التردد السلبي (NFDS) ، والتي تحد بشكل طبيعي من حجم السكان البكتيريين. تم اقتراح هذه الفكرة في عمل سابق من قبل المؤلف المشارك في الدراسة Jukka Corander ، دكتوراه ، خبير الإحصاء الحيوي في جامعة أوسلو في النرويج ومعهد ويلكوم سانجر في المملكة المتحدة. استخدم كوراندر وزملاؤه الذكاء الاصطناعي لتطوير تقنية استدلال ، مستخدمة في الدراسة الحالية ، جعلت من الممكن ملاءمة بيانات التجمعات البكتيرية مع نموذج NFDS. (أتاح الباحثون هذه التقنية مجانًا من خلال منصة برمجية مفتوحة المصدر على الموقع http: // www. elfi. ai.)

شاملة، بكتريا قولونية قال عالم الأحياء المجهرية ألان ماكنالي ، دكتوراه ، في جامعة برمنغهام في المملكة المتحدة ، والذي شارك في قيادة الدراسة ، إن البقاء على قيد الحياة يبدو أنه يعطي الأولوية للاتساع على العمق.

"يمكن أن تظهر بسرعة كبيرة وتنتشر في جميع أنحاء العالم بسرعة كبيرة ، ولكن اختيار القطع عليها سيمنعها من أن تصبح مهيمنة تمامًا وتتجاوز مساحة كل الآخرين بكتريا قولونية، "قال ماكنالي." ليس هناك أي فائدة على الإطلاق من أن تصبح أي من هذه الحيوانات المستنسخة المقاومة للأدوية مهيمنة تمامًا وتحتل مساحة جميع بكتريا قولونية."

يقترح قانون التوازن التطوري على الباحثين أن يفكروا في مدى الاختلاف بكتريا قولونية تعيش الحيوانات المستنسخة معًا في نفس البيئة ، أو ما يسميه ماكنالي "بيئة الحشرات".

قال: "نحن لا نعرف ما يكفي عن البيئة البكتيرية". "إلى بكتريا قولونية البكتيريا ، الأمعاء البشرية واسعة. انها هائلة. في الواقع ، فإن فهم مدى الاتصال الذي تتمتع به هذه الحيوانات المستنسخة المختلفة مع بعضها البعض هو شيء أعتقد أنه يتعين علينا حقًا دراسته ".

ال مبيو تركز الدراسة على مسببات الأمراض بشكل خاص بكتريا قولونية استنساخ يسمى ST131 ، لكن ماكنالي قال إن النتائج يمكن أن تمتد إلى الآخرين. وقال: "أنا واثق بنسبة 100 في المائة من أن هذا ينطبق على سلالات إي كولاي الأخرى". بالتعاون مع متعاونين في الصين ، كان ماكنالي يدرس الجينوم الجديد بكتريا قولونية السلالات التي ظهرت في آسيا ووجدت أنها تشبه إلى حد بعيد ST131. "ما لا نعرفه إذا كان ينطبق على بكتيريا أخرى مقاومة للأدوية المتعددة."

قال ماكنالي إن الخطوة التالية هي فهم الترابط بين البكتيريا في بيئتهم المنزلية بشكل أفضل. "لماذا مقاومة الأدوية بكتريا قولونية بسهولة وبسهولة يتفوق على بكتريا قولونية التي تعيش في أمعائك؟ "،" هذا هو الشيء الرئيسي الذي سنسعى وراءه. "

الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة هي أكبر مجتمع لعلوم الحياة ، وتتألف من أكثر من 32000 عالم ومهني صحي. تتمثل مهمة ASM في تعزيز العلوم الميكروبية والنهوض بها.

تقدم ASM العلوم الميكروبية من خلال المؤتمرات والمنشورات والشهادات والفرص التعليمية. يعزز قدرة المختبرات في جميع أنحاء العالم من خلال التدريب والموارد. يوفر شبكة للعلماء في الأوساط الأكاديمية والصناعية والإكلينيكية. بالإضافة إلى ذلك ، يعزز ASM فهمًا أعمق للعلوم الميكروبية لجماهير متنوعة.

تنصل: AAAS و EurekAlert! ليست مسؤولة عن دقة النشرات الإخبارية المرسلة إلى EurekAlert! من خلال المؤسسات المساهمة أو لاستخدام أي معلومات من خلال نظام EurekAlert.


كيف تنجح الإشريكية القولونية المقاومة للأدوية كتهديد للصحة العامة

واشنطن العاصمة - 23 أبريل 2019 - في دراسة نُشرت هذا الأسبوع ، أجرى فريق دولي من الباحثين تحليلات عالية الدقة لأكثر من 850 جينومًا مقاومًا للأدوية لتحديد استراتيجيات البقاء التي تستخدمها استنساخ الإشريكية القولونية المقاومة للأدوية. تم نشر البحث في مبيو، وهي مجلة مفتوحة الوصول للجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة.

في السنوات الأخيرة ، ظهر وانتشار مقاومة للأدوية المتعددة بكتريا قولونية أثار مخاوف بشأن الأوبئة التي تنتظر حدوثها. ولسبب وجيه: بكتريا قولونية يمكن أن تسبب الحيوانات المستنسخة المسببة للأمراض خارج الأمعاء التهابات خطيرة في الدم والمسالك البولية وأماكن أخرى. سيتطلب تطوير طرق جديدة لمنع تطور وانتشار مسببات الأمراض المقاومة للأدوية المتعددة فهمًا أفضل لسبب نجاحها في المقام الأول.

والجدير بالذكر أن الباحثين وجدوا أنه على الرغم من أن السكان من بكتريا قولونية تتكاثر الحيوانات المستنسخة بسرعة ، فهي لا تهيمن على البيئة المضيفة. كشفت التحليلات طريقتين متميزتين تتطور وتنجح المستنسخات. أحد هذه العوامل هو الفصل المناسب: يجب على أحفاد نفس السلالة البكتيرية ، أو الكليد ، التنافس على نفس الموارد. نتيجة لذلك ، انتشروا ووجدوا موائل منفصلة.

ثانيًا ، وجد الباحثون دليلاً على أن تطور العوامل الممرضة تتشكل من خلال عملية تسمى الاختيار المعتمد على التردد السلبي (NFDS) ، والتي تحد بشكل طبيعي من حجم السكان البكتيريين. تم اقتراح هذه الفكرة في عمل سابق من قبل المؤلف المشارك في الدراسة Jukka Corander ، دكتوراه ، خبير الإحصاء الحيوي في جامعة أوسلو في النرويج ومعهد ويلكوم سانجر في المملكة المتحدة. استخدم كوراندر وزملاؤه الذكاء الاصطناعي لتطوير تقنية استدلال ، مستخدمة في الدراسة الحالية ، جعلت من الممكن ملاءمة بيانات التجمعات البكتيرية مع نموذج NFDS. (أتاح الباحثون هذه التقنية مجانًا من خلال منصة برمجية مفتوحة المصدر على الموقع http: // www. elfi. ai.)

شاملة، بكتريا قولونية قال عالم الأحياء المجهرية ألان ماكنالي ، دكتوراه ، في جامعة برمنغهام في المملكة المتحدة ، والذي شارك في قيادة الدراسة ، إن البقاء على قيد الحياة يبدو أنه يعطي الأولوية للاتساع على العمق.

"يمكن أن تظهر بسرعة كبيرة وتنتشر في جميع أنحاء العالم بسرعة كبيرة ، ولكن اختيار القطع عليها سيمنعها من أن تصبح مهيمنة تمامًا وتتجاوز مساحة كل الآخرين بكتريا قولونية، "قال ماكنالي." ليس هناك أي فائدة على الإطلاق من أن تصبح أي من هذه الحيوانات المستنسخة المقاومة للأدوية مهيمنة تمامًا وتحتل مساحة جميع بكتريا قولونية."

يقترح قانون التوازن التطوري على الباحثين أن يفكروا في مدى الاختلاف بكتريا قولونية تعيش الحيوانات المستنسخة معًا في نفس البيئة ، أو ما يسميه ماكنالي "بيئة الحشرات".

قال "نحن لا نعرف ما يكفي عن البيئة البكتيرية". "إلى بكتريا قولونية البكتيريا ، الأمعاء البشرية واسعة. انها هائلة. في الواقع ، فإن فهم مدى الاتصال الذي تتمتع به هذه الحيوانات المستنسخة المختلفة مع بعضها البعض هو شيء أعتقد أنه يتعين علينا حقًا دراسته ".

ال مبيو تركز الدراسة على مسببات الأمراض بشكل خاص بكتريا قولونية استنساخ يسمى ST131 ، لكن ماكنالي قال إن النتائج يمكن أن تمتد إلى الآخرين. وقال: "أنا واثق بنسبة 100 في المائة من أن هذا ينطبق على سلالات إي كولاي الأخرى". بالتعاون مع متعاونين في الصين ، كان ماكنالي يدرس الجينوم الجديد بكتريا قولونية السلالات التي ظهرت في آسيا ووجدت أنها تشبه إلى حد بعيد ST131. "ما لا نعرفه إذا كان ينطبق على بكتيريا أخرى مقاومة للأدوية المتعددة."

قال ماكنالي إن الخطوة التالية هي فهم الترابط بين البكتيريا في بيئتهم المنزلية بشكل أفضل. "لماذا مقاومة الأدوية بكتريا قولونية بسهولة وبسهولة يتفوق على بكتريا قولونية التي تعيش في أمعائك؟ "،" هذا هو الشيء الرئيسي الذي سنسعى وراءه. "

الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة هي أكبر مجتمع لعلوم الحياة ، وتتألف من أكثر من 32000 عالم ومهني صحي. تتمثل مهمة ASM في تعزيز العلوم الميكروبية والنهوض بها.

تقدم ASM العلوم الميكروبية من خلال المؤتمرات والمنشورات والشهادات والفرص التعليمية. يعزز قدرة المختبرات في جميع أنحاء العالم من خلال التدريب والموارد. يوفر شبكة للعلماء في الأوساط الأكاديمية والصناعية والإكلينيكية. بالإضافة إلى ذلك ، يعزز ASM فهمًا أعمق للعلوم الميكروبية لجماهير متنوعة.

تنصل: AAAS و EurekAlert! ليست مسؤولة عن دقة النشرات الإخبارية المرسلة إلى EurekAlert! من خلال المؤسسات المساهمة أو لاستخدام أي معلومات من خلال نظام EurekAlert.


كيف تعمل خلايا الإشريكية القولونية في الأمعاء البشرية

اكتشف عالم الأحياء الجزيئية والخلوية كين كامبيلون عاملًا رئيسيًا في كيفية تأثير الإشريكية القولونية الضارة على أمعاء الناس.

صورة بالمجهر الإلكتروني الماسح للقاعدة المكونة من الإشريكية القولونية الضارة في الأمعاء الغليظة للإنسان. (صور كين كامبيلوني / أوكون)

كين كامبيلون ، الأستاذ المساعد في البيولوجيا الجزيئية والخلوية في كلية الآداب والعلوم الليبرالية ، في مختبره في بيتش هول. (كريستين باكلي / أوكون فوتو)

البكتيريا الإشريكية القولونية، المعروف باسم بكتريا قولونية، له سمعة ازدواجية. يخبرنا العلماء أن معظم سلالات الميكروب تعيش بسلام في أحشائنا أو أحشاء الثدييات الأخرى ، حيث تتغذى على أجزاء من الطعام ، ولا تسبب أي ضرر أو حتى تخلق منافع لمضيفيها.

لكن الصور البشعة لـ بكتريا قولونية تحكي العدوى قصة مختلفة: بعد تناول الطعام الملوث بالسلالات المسببة للأمراض ، يمكن أن يعاني الناس من القيء والإسهال والدوسنتاريا. وفي حالات نادرة ، يمكن أن تؤدي البكتيريا إلى الفشل الكلوي وحتى الموت.

يريد كين كامبيلون ، الأستاذ المساعد في البيولوجيا الجزيئية والخلوية في كلية الآداب والعلوم الليبرالية ، أن يفهم كيف يمكن لهذه البكتيريا أن تلعب مثل هذه الأدوار المختلفة. من خلال التركيز على التفاعلات بين أكثرها دموية بكتريا قولونية سلالات وخلايا الأمعاء البشرية ، فهو لا يتعلم فقط كيفية عمل البكتيريا ، ولكن كيف تعمل خلايانا أيضًا.

اكتشف كامبيلون مؤخرًا بروتينًا معينًا في خلايا الأمعاء الغليظة للإنسان يتم الاستيلاء عليه بكتريا قولونية ويساعد على ربط البكتيريا بجدار الأمعاء.

يقول: "لقد وجدت مسببات الأمراض طرقًا ذكية حقًا للسيطرة على العمليات الطبيعية لخلايانا". "غالبًا ما يعرفون المزيد عن خلايانا أكثر مما نعرفه ، وهذا أمر مثير للاهتمام حقًا."

سلالة بكتريا قولونية أن دراسات كامبيلون تنتمي إلى مجموعة من البكتيريا تسمى النزف المعوي بكتريا قولونية، أو EHEC ، التي غالبًا ما تصدر الأخبار الدولية عندما يأكل الناس لحومًا أو خضروات ملوثة. في عام 2011 ، أصاب تفشي سلالة نزفية في ألمانيا أكثر من 3700 شخص ، مما أسفر عن مقتل 45. تقدر مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها أن حوالي 75000 إصابة تحدث كل عام في الولايات المتحدة.

يقول كامبيلون إن سبب هذا المستوى المرتفع من الفوعة هو سلسلة من عمليات الاستحواذ الجينية بواسطة البكتيريا الضارة. قام العلماء بتسلسل عدة أنواع من بكتريا قولونية، ووجدوا أكثر من 1000 جين في المجموعة الضارة غير موجودة في المجموعة غير المؤذية أو المتعايشة.

لكنه يضيف أنه من بين حوالي 1000 جين تم تحديدها على أنها مسببة للأمراض ، تم تصنيف عدد قليل نسبيًا منها.

يقول: "نحن نعرف القليل جدًا عن الجينات في EHEC التي تختلف عن النسخة المتعايشة". "هدفي هو فهم أفضل لكيفية سيطرة مجموعة من الجينات التي تشفر بروتينات تسمى المؤثرات على أهداف خلاياها البشرية."

على وجه الخصوص ، اكتسبت الأنواع الأكثر خطورة من الجينات لإنتاج مادة سامة تسمى توكسين الشيغا ، والتي تقول كامبيلون إنها يمكن أن تسبب مرضًا يتراوح من غير سارة إلى يهدد الحياة.

يقول: "إذا تم إطلاق السم في الأمعاء ، فسوف تصاب بالإسهال والدوسنتاريا". "ولكن إذا دخل مجرى الدم ، يمكن أن يسبب تلفًا خطيرًا في الكلى ويؤدي إلى الوفاة." بالإضافة إلى ذلك ، يضيف ، لا توجد حاليًا أدوية معروفة لمتلازمة تسمم الدم ، والمضادات الحيوية تزيد الأعراض سوءًا فقط. يجب على المرضى فقط الانتظار والأمل.

يركز بحث كامبيلون على كيفية تحكم تهريب وتنظيم البروتينات في شكل الخلايا. متي بكتريا قولونية يعلقون أنفسهم على جدار الأمعاء ، مما يعطل تنظيمها الطبيعي. يفعلون ذلك عن طريق إيصال البروتينات البكتيرية إلى الخلية ، والتي بدورها تقوم بتجنيد بروتينات خلايا معوية معينة تشكل الخلية بشكل طبيعي.

صورة بالمجهر الإلكتروني الماسح للجزء الأكبر & # 039 الرئيسي & # 039 المكون من الإشريكية القولونية الضارة في الأمعاء الغليظة للإنسان. (صور كين كامبيلوني / أوكون)

في عام 2004 ، كان Campellone أول من حدد بروتينًا يحتوي على بكتريا قولونية حقنه في خلايا الأمعاء ، مما يتسبب في إنتاج انتفاخ سمين يرفع البكتيريا الملتصقة بعيدًا عن الجدار. يطلق العلماء على هذا الكتلة اسم "قاعدة التمثال" - لأنها تبدو بالفعل مثل واحدة - لكنهم ما زالوا غير متأكدين من الغرض منها.

اكتشف كامبيلون أيضًا مؤخرًا بروتينًا في الخلايا المعوية البشرية يتفاعل مع البروتين البكتيري للمساعدة في تكوين قاعدة التمثال. نشر هذه النتائج في عدد يونيو 2012 من مجلة الكيمياء البيولوجية.

هذا الاكتشاف مهم لأنه إذا تم تطوير دواء يمكن أن يمنع قاعدة التمثال من الإنتاج ، فعندئذٍ بكتريا قولونية قد لا يكون قادرًا على الالتصاق بجدار الأمعاء ، كما يوضح. في هذه الحالة ، قد تغسل البكتيريا ببساطة نظام الشخص ، مما يسبب ضررًا طفيفًا.

في الفصل وفي مختبره ، يقول كامبيلون إن هذه الأمثلة من بحثه تعطي طلابه أمثلة واقعية للمعلومات التي تعلموها عن بنية الخلية.

"عندما نقوم بتدريس علم الأحياء الخلوي ، نظهر للطلاب أن الكثير مما نعرفه عن كيفية عمل الخلايا البشرية بشكل طبيعي هو من دراسة العدوى" ، كما يقول ، مشيرًا إلى أن العديد من البروتينات الخلوية تم اكتشافها فقط في سياق مسببات الأمراض التي تحاول استغلال معهم.

يقول: "القدرة على طرح الأسئلة العلمية بشكل تجريبي في المختبر ثم الحصول على إجابة يمكن أن تفيد الأشخاص - وهذا هو الجزء الأكثر إثارة للطلاب وبالنسبة لي". "يمكنك أن تكون أول شخص في العالم يعرف شيئًا ما."


هل هناك علاقة بين بكتريا قولونية النمط الجيني والقدرة على البقاء في البيئة المفتوحة؟

بكتريا قولونية يرتبط ارتباطًا وثيقًا بـ السالمونيلا، حيث ينتمي كلا النوعين إلى نفس العائلة ، فإن المعوية. يشبه النوعان بعضهما البعض من نواح كثيرة ، إلا أنهما يختلفان في التفاصيل الأساسية. تشير البيانات الشاملة إلى أن التعقيد العام للجينوم في السالمونيلا بشكل عام 10 & # x0201320 & # x00025 أكبر من ذلك في بكتريا قولونية. بالإضافة الى، S. التيفيموريوم هو 1 & # x020134 & # x00025 أعلى في محتوى الجوانين بالإضافة إلى السيتوزين من معظم بكتريا قولونية سلالات (Ingraham and Neidhardt ، 1987). في ضوء هذه الاختلافات ، تبين أن بقاء النوعين في البيئات المفتوحة مختلف. هكذا السالمونيلا سلالات عاشت لفترة أطول بكثير في الموائل الأرضية في غالبية الحالات بالمقارنة مع بكتريا قولونية سلالات (هيماثونغخام وآخرون.، 1999 فرانز وآخرون.، 2005 سيمينوف وآخرون.، 2007). قد يتعلق هذا البقاء التفاضلي بحجم الجينوم أو محتواه أو أنماط التعبير الجيني بين النوعين. لقد توقعنا أن الداخل أيضًا-بكتريا قولونية قد ترتبط الاختلافات الجينية بمعدلات البقاء المتباينة. على سبيل المثال ، اثنان بكتريا قولونية سلالات ، C278 و C279 (تختلف عن طريق تسلسل الإجماع المتكرر بين الجينات المعوية (ERIC) - البصمات الجينية القائمة على PCR) ، نجت بشكل مختلف في التربة المعدلة بسماد الخنازير (Topp وآخرون.، 2003). علاوة على ذلك ، يرتبط الإنتاج الأساسي للسموم (Stx) عن طريق متلازمة انحلال الدم اليوريمية بكتريا قولونية كان أعلى من ذلك من قبل الأبقار بكتريا قولونية سلالات (ريتشي وآخرون.، 2003). بالإضافة إلى إعادة النظر في عمل كودفا وآخرون. (1998) أنه في 23 & # x02009 & # x000b0C سلالة سامة من بكتريا قولونية O157: H7 نما ونما بشكل أفضل من نظيره الموجب للسم ، بينما لم يتم العثور على مثل هذه الاختلافات في درجات الحرارة المنخفضة. تم العثور على هذا التفاوت البقاء على قيد الحياة بين اليوم 15 و 55 من التجربة (كودفا وآخرون.، 1998) ، مما يؤكد تأثير التركيب الجيني (هنا ، إنتاج السم) على خصائص البقاء على قيد الحياة. مادة منتجة لسموم الشيغا بكتريا قولونية O157: H7 و O11: H- و O26: H11 نجوا لفترات زمنية مماثلة (تصل إلى 8 أسابيع) في براز الأبقار ، مع معدلات تسوس متوسطة مماثلة إلى حد ما عند 25 & # x02009 & # x000b0C (فوكوشيما وآخرون.، 1999) ، على الرغم من أنه في 5 & # x02009 & # x000b0C بكتريا قولونية كان O157: H7 متفوقًا في البقاء على قيد الحياة بعد الأسابيع الأربعة الأولى على السلالتين الأخريين. تم عرض نتائج مماثلة لمياه البحر ، حيث ظهرت طفرات محددة مختلفة (rpoS, ots, ريلا, بقعة, ompC و ompF) تأثرت بشكل كبير بكتريا قولونية البقاء على قيد الحياة (روزن وبلكين ، 2001). ومن ثم ، فإن خصائص معينة مشفرة بواسطة الجينوم موجودة في البعض بكتريا قولونية سلالات ، ولكن ليس في سلالات أخرى (مثل ، على سبيل المثال ، القدرة على البقاء على قيد الحياة في درجات حرارة منخفضة في ظل ظروف روث البقر) ، قد تكون سبب هذا البقاء التفاضلي ، لأن إنتاج السموم يتطلب طاقة وبالتالي يفرض تكلفة اللياقة.

أظهرت اختبارات اللياقة (معدل النمو) التي أجريت في مرق الصويا التريبتي الغني (TSB) والفقير ووسط الكرش في ظل الظروف المتغيرة (الهوائية مقابل اللاهوائية) عدم وجود فرق في معدلات النمو بين بكتريا قولونية O157: H7 ومتكافئة بكتريا قولونية سلالات. ومع ذلك ، فإن كلا النوعين من السلالات لهما أنماط مختلفة لاستخدام الركيزة الكربونية (Durso وآخرون.، 2004): من 95 مصدرًا للكربون ، تم أكسدة 27 بواسطة المقايضة بكتريا قولونية ولكن ليس من قبل بكتريا قولونية O157: H7 (Durso وآخرون.، 2004). لم يؤثر هذا الاختلاف على نموهم في الوسائط الشائعة ولا يمكن أيضًا ربطه بأي اختلاف في البقاء على قيد الحياة في معدة البقرة أو الروث. أخيرًا ، التباين عبر 57 متعايشة وممرضة بكتريا قولونية سلالات في استخدام الكربون ومصادر الطاقة وكذلك الجينات التقويضية والوقاية من الإجهاد كانت منخفضة ، ولكن تم العثور على هذا الاختلاف بوضوح عبر مختلف بكتريا قولونية سلالات (احسن وآخرون.، 2007). تشير هذه النتائج إلى أن الوظائف التي تؤثر على بقاء الكائنات الحية الدقيقة ونموها ، مثل تلك الخاصة بالأيض المركزي الذي يحدد معدلات النمو ، يتم مشاركتها على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم. بكتريا قولونية سلالات ، يحتمل أن تسفر عن معدلات بقاء قابلة للمقارنة بشكل كبير في النظم الطبيعية المعقدة. علاوة على ذلك ، خاصة بكتريا قولونية strains may have acquired or evolved specific systems—such as particular iron-acquisition operons ( Figure 3 ), and/or capacities to withstand acidity and/or low temperature—that allow them to be fitter in some secondary habitats. However, these latter contentions need experimental validation.

Given the finding of a 2000-gene common بكتريا قولونية core genome ( Figure 1 ), which might encompass all genes that are of importance for environmental hardiness and survival (but does not encompass identifiable extraintestinal virulence-specific genes Touchon وآخرون., 2009), we postulate that بكتريا قولونية genomes, next to providing overall cores that largely determine metabolic flux on the one, and stress tolerance on the other hand, incidentally (per strain or group of strains) provide specific traits that enhance their survival in open habitats.

On another matter, genes involved in virulence are variably present across بكتريا قولونية strains, and can even be found on plasmids (Tóth وآخرون., 2009), explaining their ready and rapid spread. However, only 131 بكتريا قولونية O157:H7-specific proteins out of 1632 were associated with virulence, indicating that there is a limit to what genomes comprise. لو بكتريا قولونية O157:H7 would be transmitted directly from human to human, then the mere presence of the virulence genes—next to the core—might have been sufficient for rapid pathogenesis, resulting in O157:H7 outcompeting commensal بكتريا قولونية. However, outbreaks of بكتريا قولونية O157:H7 usually come from infested primary food, suggesting that pathogenic and commensal بكتريا قولونية differ in other traits that affect their survival, allowing بكتريا قولونية O157:H7 to be (overall) successful (Durso وآخرون., 2004).


How can E. coli proliferate so rapidly? - مادة الاحياء

© MPI for Infection Biology/ Amina Iftekhar

Colorectal cancer is the second most common cause of cancer-related deaths. Recent research findings indicate that the intestinal microbiome, i.e. the totality of microorganisms living in the intestine, plays an important role in the development and progression of cancer. For example, disturbances in the gut microbiome leads to inflammation, which contributes to cancer development. In addition, certain intestinal bacteria can directly damage the genetic material of intestinal cells with the help of so called genotoxins. They can alter DNA in such a way as to cause mutations that ultimately lead to cancer. A research team led by Thomas F. Meyer, senior professor at Kiel University (CAU), in cooperation with the group of Prof. Heiko Hermeking at the German Cancer Consortium (DKTK), partner site München, has now succeeded in catching a certain bacterium and its genotoxin "in the act". They observed that genotoxic بكتريا قولونية induces genetic changes that are characteristic of colorectal cancer cells and cause a transformed phenotype &ndash after only a few hours of infection. The team published their results today (Friday, Feb. 12, 2021) in the renowned journal اتصالات الطبيعة.

Escherichia coli bacteria (بكتريا قولونية) are constitutive members of the human gut microbiota. However, some strains produce a genotoxin called colibactin, which is implicated in the development of colorectal cancer. More than two-thirds of colorectal cancer patients carry colibactin-producing بكتريا قولونية strains in their gut and the number of carriers is rising in the western world. They are particularly prevalent in colorectal cancers associated with chronic intestinal inflammation such as Crohn's disease and ulcerative colitis. Epidemiological evidence for a link between certain bacterial species and some forms of human cancer abound &ndash but it remains difficult to provide the direct proof required to justify extensive prevention strategies. The first clear evidence of a link between these bacterial strains and colorectal cancer was recently provided by Prof. Meyer, who is also a member of the Cluster of Excellence "Precision Medicine in Chronic Inflammation" (PMI), and his then team from the Max Planck Institute for Infection Biology in Berlin (MPIIB): The researchers identified the genetic signature colibactin leaves in host cells, and showed that it can be detected in a subgroup of colorectal cancers. Since such cancers take many years to develop, the actual process by which a normal cell becomes cancerous remained unclear.

In colon organoids, colibactin leads to uncontrolled proliferation

Now they have gone a significant step further by utilizing organoids to observe transformation itself. This new technology makes it possible to grow normal, primary colon epithelial cells in culture in the form of 3D spheres. These hollow &ldquomini-organs&rdquo are generated by the adult stem cells that drive the rapid turnover of the colonic mucosa. Prior to the advent of this technology, infection experiments in vitro required cell lines, which are already partially transformed and thus unsuitable for recapitulating the very early stages of cancer development. To test whether colibactin-producing بكتريا قولونية have any lasting effect on host cells, the team infected their organoids for three hours. This was already sufficient to induce changes that are characteristic of colorectal cancer.

"First, the cells began to multiply faster than normal - the best-known characteristic of cancer cells. What was particularly remarkable, however, was that after infection with colibactin-producing بكتريا قولونية, some cells were able to survive without the growth factor "Wnt" in the culture medium, unlike normal stem cells," explains Prof. Meyer.

Stem cells have the potential to develop into a wide variety of cells in the body. Thus, new specialized intestinal cells are continuously formed from intestinal stem cells, which then take over digestive functions and do not proliferate any further. "In healthy tissue, the growth factor Wnt ensures that intestinal stem cells proliferate, so there are always enough of them to renew intestinal cells. As soon as the stem cells emerge from this Wnt-containing environment, they develop into specialized intestinal cells that do not proliferate further. This mechanism also prevents uncontrolled proliferation of the cells outside the Wnt-containing environment," explains the other lead author PD Dr. Michael Sigal, who recently founded his own research group on the topic at the Charité University Hospital in Berlin. However, if cells manage to proliferate independently of the Wnt signal, uncontrolled growth occurs, a precursor to cancer. The same phenomenon can be observed in the organoid: Organoid cells continuously require Wnt to proliferate without this growth factor, they differentiate out just as they do in the healthy gut, transform into specialized cells, and die a while later. "However, when we transferred the بكتريا قولونية-infected cultures to Wnt-free medium, a few cells survived and continued to form fast-growing organoids. Such growth factor independence is a typical feature of early colon cancer cells," said Amina Iftekhar, Ph.D., first author of the study and a former doctoral student at MPIIB.

Chromosomal changes possibly lead to cancer development

Next, the researchers analyzed the DNA of the organoid cells after treatment with colbactin-producing بكتريا قولونية. Sequencing revealed that the genome contained numerous mutations, including large structural changes in the DNA: entire sections of chromosomes, the structures in which DNA strands are organized, had been gained, lost or rearranged. Such large chromosomal restructurings are found in most colon cancer cells. This observation could provide an important explanation for a previously unresolved issue: The specific genetic signature that colibactin leaves in intestinal cells, as Prof. Meyer and his team were able to show in the previous study, is found in only about 10% of colorectal cancer patients. This is despite the fact that most colorectal cancer patients carry colibactin-producing بكتريا قولونية. "Accordingly, we would actually expect colibactin-induced genetic alterations to be present in significantly more colorectal cancer cases. And this is what our new results now indicate," explains Prof. Meyer.

Colibactin cross-links DNA strands at specific sites. The cell tries to repair this as precisely as possible with its repair mechanisms, and in some cases colibactin leaves its specific fingerprint in the DNA. "However, the precise repair often does not work this is when botched repairs occur, leading to the gross chromosomal changes often observed in colorectal cancer. We suspect that these changes, which result from incorrect repair, form the actual basis for cancer development," Meyer continued.

"We do not yet know which factors influence how the cell tries to eliminate the linkage," says Prof. Meyer. In the future, he would like to investigate this in more detail in his newly founded research group "Infection Oncology" at the Institute for Clinical Molecular Biology at CAU and the University Hospital Schleswig-Holstein, together with the Cluster of Excellence PMI.

Among the genetic alterations induced by the bacteria were deletions of the gene that encodes the microRNA miR-34a and is inducible by p53. The functional consequences of the miR-34a inactivation were studied in a collaboration with the team of Prof. Heiko Hermeking at the Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) and German Cancer Consortium (DKTK), partner site München. The results show, that the loss of miR-34a contributes to the Wnt independence and thereby promotes uncontrolled proliferation of intestinal cells.


شاهد الفيديو: بكتيريا الأمعاء (قد 2022).


تعليقات:

  1. Biford

    أنصحك بزيارة موقع معروف يوجد فيه الكثير من المعلومات حول هذا السؤال.

  2. Thomkins

    سؤال ساحر

  3. Braw)eigh

    إجابة آمنة)

  4. Gladwin

    في رأيي ، أنت ترتكب خطأ. أقترح مناقشته. أرسل لي بريدًا إلكترونيًا إلى PM ، سنتحدث.

  5. Vudole

    إليكم خيار غير مستقر



اكتب رسالة