מֵידָע

תאים מרובי גרעינים: יתרונות ודוגמאות?

תאים מרובי גרעינים: יתרונות ודוגמאות?


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.

שאלה זו מתעוררת מכיוון שראיתי שמונוציטים ולויקוציטים מקובלים לקרוא בספרות המדעית 'תאים חד-גרעיניים'. המשמעות היא כמובן שתתי-סוגים חיסוניים אחרים הם רב-גרעיניים!

אני מכיר גרנולוציטים (למשל נויטרופילים) המסווגים כ'פולימורפו-גרעיניים' מכיוון שהגרעינים שלהם מפולחים, ויכולים לשנות את צורותיהם, ותאי שריר שמתמזגים יחד ליצירת תא אחד ארוך (סיבי שריר) עם גרעינים מרובים. אילו דוגמאות נוספות לתאים מרובי גרעינים יש?

אני מתעניין גם ביתרונות שהרוויחו מתאים בעלי גרעינים מרובים (או מפוצלים)?


תאי השריר הם התאים היחידים שאני מכיר שהם פולי -גרעיניים. ביחס למונוציטים, סקירה תמציתית של המינוח שלהם ניתן למצוא במאמר זה מאת L Ziegler-Heitbrock, P Ancuta, S Crowe, et al. (דם, 2010). ככל הנראה היה לו אפיון ביוכימי מורכב ומבולבל למדי, אבל המאמר מציין שהשם אכן נגזר מהמורפולוגיה החד-גרעינית שלו. זה מבדיל את הפגוציטים האחרים שיש להם גרעינים רב-לובולריים (תאים פולימורנו-גרעיניים).

ביחס ליתרונות, תא רב גרעיני הגיוני כאשר מהירות האיתות התוך -תאי חשובה (למשל דיפוזיה של סידן). זה עשוי להיות שימושי גם במקרה של תאים כאשר התא צריך לתאם את הסינתזה של כמויות גדולות של חלבון.


דוגמה נוספת לתאים מרובי גרעינים היא אוסטאוקלסטים, שהם נגזרות מיוחדות של מקרופאגים המפרקים את מטריצת העצם. הם נוצרים על ידי מיזוג של אבות חד -גרעיניים ויכולים לצבור גרעינים רבים בתא אחד גדול. בתרבית תאים עם מקרופאגים של עכברים, מקובל להשיג אוסטאוקלסטים בודדים עם 50-100 גרעינים או יותר כל אחד.


  1. אנגיוהיסטיוציטומה של תאים רב-גרעיניים (MCAH)
  2. אוסטאוקלסטים
  3. סיב שריר
  4. גרנולוציטים
  5. סוגי תאי ענק א. תאי ענק פיזיולוגיים: • אוסטאוקלסט • מגה קריוציטים • שריר מפוספס • סינציוטרופובלסט B. תאי ענק פתולוגיים: • תא ענק של לנגהאן • תא ענק גוף זר • תא ענק טוטון • תא ענק גידול • תא ענק Warthin-Finkeldei
  6. תאי כבד
  7. שריר השלד
  8. כמה שרירי לב

שיבוט גנים: שיטות ויתרונות | בִּיוֹכִימִיָה

במאמר זה נדון ב: 1. שיטות שיבוט, 2. שיבוט של גן ספציפי, 3. שיבוט של גן ספציפי, 4. ביטוי של גנים משובטים, 5. שיבוט גנים בתאים אאוקריוטיים ו-6. אמצעי זהירות להילקח במהלך ניסויים של רקומבינציה גנטית.

שיטות שיבוט:

בשנים האחרונות, מספר הולך וגדל של מעבדות ביצעו ניסויים של רקומבינציה גנטית במבחנה. ניסויים אלה כוללים שילוב של DNA הטרולוגי בצורה יציבה בתא חיידקי (בדרך כלל הזן של E.coli K12), באמצעות וקטור שיכול להיות, או פלסמיד, או פאג כגון פאג, כלומר חומר גנטי המסוגל להתקיים ללא תלות בכרומוזום החיידקי ולהשתכפל באופן אוטונומי.

לדוגמה, אם נעשה שימוש בפלסמיד (כלומר מולקולת DNA סגורה קוולנטית סגורה קוולנטית שנמצאת בתא החיידק ללא תלות בכרומוזום), עקרון הניסויים יכלול בבידוד הפלסמיד מהתא החיידקי, פיצול מולקולת ה- DNA הזו באמצעות אנזים מאוד ספציפי (אנדו-נוקליז הגבלה), המחברים את ה- DNA הפלסמיד המבוקע לדנ"א הטרולוגי שיש לשבט ולבסוף מחדירים מחדש-הודות לתהליך הטרנספורמציה-בתא החיידק, את הפלסמיד הנושא את ה- DNA הטרולוגי.

בין הפלסמידים הנפוצים ביותר ניתן להזכיר את אלה המיוצרים במבחנה באמצעות טכניקות רקומבינציה של DNA, ואשר לעתים קרובות שייכים לסדרת Col, מכיוון שהם מכילים גנים המקודדים לייצור קוליצין (חלבון חוץ -תאי, בעל תכונות אנטיביוטיות, המיוצר מאת E.coli).

לפלסמידים המשמשים לשיבוט גנים יש בדרך כלל את התכונות והשינויים הבאים: גודלם קטן יחסית, יש להם לפחות אתר אחד רגיש לאנדוקולאז הגבלה. על ידי הפלסמיד הם נמצאים בריכוז של כ -20 מולקולות לכל תא, אך בנוכחות כלורומפניקול שכפולם מוביל להצטברות של 1 000 עד 2 000 מולקולות DNA פלסמיד עגולות לכל תא ניתן בקלות לבודד אותן מתאי חיידקים ויכולות גם ניתן להכניס בהם מחדש בקלות.

התרשים של איור. 6-51 מציג את השלבים העיקריים המאפשרים שיבוט של גנים הטרוגים בתא חיידקי. בשל גודלו הגדול, ה- DNA החיידקי רגיש מאוד לכוחות גזירה, וכתוצאה מכך הוא נחתך לשברים במהלך מיצוי ה- DNA, בעוד ש- DNA הפלסמיד קטן בהרבה בגודלו, הנמצא בצורה מעגלית (סגורה קוולנטית) מולקולות סופר-סליליות דו-גדיליות, נשארות שלמות וניתן להפריד אותן בקלות מה-DNA החיידקי על ידי צנטריפוגה בשיפוע צפיפות, בנוכחות מולקולה שמשתלבת בין בסיסי ה-DNA, אתידיום ברומיד.

האילוצים הפיזיים הקיימים במולקולת DNA מעגלית סגורה מבחינה קוולנטית הם כאלה שכמות האתידיום ברומיד הכבול תהיה מוגבלת. אילוצים אלו אינם קיימים במולקולה ליניארית והכמות או האתידיום ברומיד הקשורים ליחידת אורך DNA יהיו הרבה יותר גדולים.

בהשוואה לצפיפות המתחמים המעגליים, צפיפותם של המתחמים הליניאריים תורד אפוא במידה מספקת בכדי לאפשר הפרדה שלהם במהלך שקיעה איזופנית (הירידה בצפיפות ה- DNA פרופורציונאלית לכמות האתידיום ברומיד הכבול ליחידת אורך).

כדי לבקע את ה-DNA הפלסמיד ואת ה-DNA ההטרולוגי ניתן להשתמש באנדונוקלאז של הגבלה המייצר קצוות מלוכדים אשר מצד אחד יאפשר לאחר מכן את החיבור של שבר ה-DNA ההטרולוגי עם הפלסמיד באמצעות פולינוקלאוטיד ליגאז, ומצד שני יאפשר - בעזרת אותו אנזים הגבלה - כריתת ה- DNA המוחדר מהפלסמיד (אם למשל רוצים לחקור את מבנה שבר ה- DNA שהוכנס).

אבל אפשר גם להשתמש באנזימי הגבלה אחרים (שאינם מייצרים קצוות מגובשים, למשל Hae III), ולהשיג מחזוריות לאחר הוספת פולי dA בקצות 3 ′ של שברי ה- DNA הטרולוגיים ו- poly dT בקצה 3 ′ של ה- DNA פלסמיד המבוקע, המאפשר זיווג של מקטעי poly dA ו- poly dT, ולאחר מכן הצטרפות קוולנטית של השבר והפלסמיד בעזרת פולינוקלאוטיד ליגאז שיטה זו מציעה את היתרון בהימנעות ממחזור הפלסמיד ללא הכנסת DNA זר , עם התוצאה שלמעשה כל תאי החיידק שעברו טרנספורמציה, שנבחרו באמצעות סמן גנטי של הפלסמיד, יכילו פלסמיד היברידי (כלומר עם הכנסת DNA הטרולוגי).

באופן כללי, בתנאים אופטימליים, תא E.coli אחד מתוך 10 5 או 10 6 יתהפך על ידי הפלסמיד. יש לציין כי אין גודל מינימלי לדנ"א הטרולוגי המוחדר לפלסמיד, וכי גודל זה יכול להגיע לפחות ל 40 x 10 6 דלטון, כלומר לכ- 60 000 זוגות בסיס (= 60 ק"ג).

יתר על כן, החדרת DNA זר לפלסמידים מסדרת Col אינה משפיעה על מספר מולקולות הפלסמיד שיכולות להיות נוכחות בתא, כך שה- DNA הטרולוגי שהוחדר יהיה קיים גם בריכוז של מספר עותקים בתא החיידק שהפך . לבסוף, בהשפעת כלורם ושייפניקול יכולה להיות הגברה כך שה- DNA המעגלי של הפלסמיד ההיברידי מייצג 40 עד 50% מכלל ה- DNA של התא.

הדנ"א של הבקטריופאג (47 000 זוגות בסיס = 47 ק"ג) משמש לעתים קרובות כווקטור שיבוט מכיוון שהוא מציע יתרונות אחדים על הפלסמידים החיידקיים. כ-15 קילו-בייט מהחלק המרכזי של הגנום של הפאג' הזה אינם חיוניים להישרדותו וניתנים להחלפה ב-DNA הטרולוגי לשיבוט.

אפשר לבצע במבחנה את החבילה של ה- DNA רקומביננטי שהתקבל ובכך להגדיל במידה ניכרת את יעילות ההדבקה של ה- DNA הזה. מנגנון ההסתרה של הפאג הוא כזה שרק מולקולות DNA בגודל סופי של כ -47 קילו -בתים יכוסו, מה שמביא לבחירה ספונטנית של מולקולות DNA, לאחר שהוכנס שבר הטרולוגי של כ -15 קילו -ביט.

קוסמידים הם פלסמידים קטנים המכילים אות אנקפסידציה (אתר “cos” של הפאג), מקור שכפול וגן של עמידות לאנטיביוטיקה.

לכן הם משלבים את היתרונות של הבקטריופאג (ef & shyficiency של זיהום בצורה מכוסה) ובין אלה של פלסמידים חיידקיים (שכפול אוטונומי וקלות בחירה). יתר על כן, ניתן להכניס לקוסמידים שברים של דנ"א הטרולוגי בגודל גדול יותר (עד 40 ק"ג).

שני וקטורים אלה של שיבוט (פאג' וקוסמידים) משמשים לעתים קרובות לבניית “banks” או “libraries” גנומיים שהם אוספים של פאגים או פלסמידים רקומניים שמרכיבים יחד את מכלול הרצפים של גנום נתון. ברור שככל שגודלם של שברי ה-DNA הגנומי המוכנסים גדול יותר, מספר השיבוטים הדרושים לכיסוי מכלול הגנום קטן יותר: זהו היתרון המיוחד של הקוסמידים.

שיבוט של גן ספציפי:

הבעיה היא לבחור מתוך אוכלוסייה עצומה של תאים שעברו טרנספורמציה, תא המכיל פלסמיד היברידי הנושא גן הטרולוגי מסוים. זוהי בעיה רצינית, במיוחד אם ה- DNA הטרולוגי ההתחלתי מורכב ואם השברים שנוצרים על ידי אנזים ההגבלה הם רבים. ברור שאו שחייב להיות מאפיין פנוטיפי הקשור לגן המשובט, או שחייב להיות בעל בדיקה מתאימה.

אם משבטים גן המקודד לאנזים למשל, אפשר להפוך מוטציה חיידקית חסרת אנזים זה ובכך לבחור את התאים הטרנסים והמעוצבים המתאימים על בסיס שיקום הפעילות האנזימטית המתאימה.

לפיכך ניתן היה לשבט את הגנים של הטריפטופן אופרון, או הגן של הליגאז של E.coli, החל משברי DNA הנובעים מההידרוליזה של כל הכרומוזום של E.coli. אבל אם רוצים לשבט גן אוקריוטי, לרוב עדיף לשבט קודם את העתק ה- DNA (cDNA) של ה- mRNA המתאים לגן המבוקש.

גודלם של cDNA אלה אכן קטן בהרבה מזה של מקבילו הגנומי בשל היעדר אינטרונים. לכן בונים cDNA “ ספרייה ” על ידי הכנסת פלסמיד או וקטור שמקורו בבקטריופאג (למשל, gt 10), עותקי cDNA של כלל האוכלוסייה של mRNA ציטופלסמי המופקים מהתאים המבטאים את הגן הנוגע בדבר.

עותקים אלו נעשים בעזרת ה-Reverse transcriptase אשר מסנתז את גדילי ה-cDNA המשלימים ל-mRNAs החל מפריימרים אוליגו dT שהוכלאו בעבר לזנב ה-poly A של mRNA.

לאחר הידרוליזה אלקליין של ה- RNAs, מתקבלות אז מולקולות cDNA דו-גדיליות על ידי פעולה של פולימראז I של E.coli מה שהופך את הגדילים להשלמה לאלה המסונתזים במהלך השלב הראשון. הסינתזה מתבצעת על בסיס בסיסי 3 ′ בקצה ה- cDNA החד גדילי המתקפל בחזרה לעצמו (ראה איור 6-31 א).

עיכול על ידי נוקלאז S1 (ספציפי לחומצות גרעין חד-גדיליות) מבטל לבסוף את הלולאות בקצה זה ונותן cDNA דו-גדילי מושלם. על ספריית cDNA אומרים שהיא שלמה אם היא מכילה לפחות שיבוט חיידקי אחד עבור כל mRNA מתחיל.

ישנן מספר שיטות לזהות את השיבוטים המבוקשים. אם cDNAs הוכנסו במורד הזרם של מקדם חיידקים (כמו במקרה של gt 11), ניתן לנתח (או “screen ”) את “library ” על ידי הביטוי של cDNAs. זה נעשה על ידי זיהוי אימונולוגי של שיבוטי היצרנים נוגדנים ספציפיים לחלבון המתאים יגיבו באופן סלקטיבי עם השיבוטים הרלוונטיים אשר יסווגו כך.

אולם הצלחתה של טכניקת “screening” זו תלויה במספר גורמים: יש להחדיר את ה-cDNA בכיוון הנכון ביחס למקדם החיידקי של הווקטור, על מנת לאפשר את התעתיק של הגדיל המקודד שלו את התרגום של השליח לפיכך, ייצורו חייב להתרחש במסגרת הקריאה הנכונה לבסוף, המבנה השלישי שאומץ על ידי הפוליפפטיד המסונתז חייב לבנות מחדש את הגורמים הקבועים והשיטיגניים (אפיטופים) המוכרים על ידי הנוגדנים.

שיטה שנייה, ללא תלות בתנאים מוקדמים אלה, מבוססת על ההתפתחויות האחרונות בטכניקות המיקרו-רצף של חלבונים וייצור של oligodeoxynucleotides סינתטיים. עם הידע על רצף חומצות האמינו החלקי של החלבון ניתן, על בסיס הקוד הגנטי, להסיק (תוך התחשבות בעובדה שהקוד מנוון) את רצף הנוקלאוטיד המתאים ולבצע את הסינתזה הכימית שלו.

אוליגונוקלאוטידים אלה, המסומנים על ידי 32 P, משמשים לאחר מכן כבדיקות רדיואקטיביות כדי לזהות, על ידי הכלאה עם הרצפים המשלימים, את שיבוטי החיידקים המכילים את ה-cDNA המבוקש.

ה-cDNAs המבודדים כך יכולים בתורם לשמש בדיקות לחיפוש אחר הגנים המתאימים בגנומי “bank ”.

ביטוי של גנים משובטים:

פלסמידים היברידיים אלה מייצגים לא רק מקור רב לדנ"א הטרולוגי מוכנס, אלא גם מאפשרים לייצר על ידי התא החיידקי – של כמויות גדולות של מוצרים שצוינו על ידי הגנים המוחדרים, במיוחד כאשר הגנים המשובטים הם מאותו חיידק או פרוקריוט אחר: למשל, שיבוט האופרון הטריפטופן של E.coli בפלסמיד מסדרת הקול אפשרה סינתזה מושרה של כמויות כה גדולות של חמשת האנזימים של האופרון הזה שהם ייצגו 40% מסך החלבונים של התא.

אך כאשר משוכפלים גנים של אקריוטים בפלסמידים E.coli, נצפה כי הסינתזה - על ידי החיידק - של המוצרים המתאימים לגנים אלה היא קטנה מאוד, או אפילו אפסית, ככל הנראה בגלל ההבדלים בין המערכות השולטות בתעתיק ובין תרגום בפרוקריוטים ובאוקריוטים (למשל בתחילת וסיום של שעתוק ותרגום) או בגלל היעדר מערכות שחבור אינטרונים בפרוקריוטים.

חלק מבעיות אלו ניתנות לפתרון על ידי החדרת cDNA (DNA משלים ל- mRNA הבוגר) ישירות במורד הזרם מקדם פרוקריוטי פונקציונלי בפלסמיד. באופן זה אפשר למצוא חיידקים, סינתזה של חלבונים ממוצאים שונים: בעלי חיים (הורמון גדילה, סומטוסטטין, אינסולין, אינטרפרון), צמח (תת יחידה גדולה של ריבוולוז 1, 5 ביספוספט קרבוקסילאז) או ויראלי (אנטיגן של הפטיטיס נגיף B, או נגיף מחלת הפה והטלפיים).

עם זאת, יש להדגיש כי הפעילות הביולוגית והביינית של חלק מהחלבונים הללו יכולה להיות תלויה בשינויים הבאים (שסעים פרוטאוליטיים ספציפיים במקרה של מבשרים או גליקוזילציה) שהמארח הפרוקריוטי אינו יכול לבצע.

שיבוט גנים בתאים אוקריוטיים:

בתחילת הדרך, שיבוט הגנים בוצע ברובו באמצעות E.coli, אך העקרונות שעליהם מבוסס תהליך זה חלים גם על תאי בעלי חיים וצמחים. היה צורך בנגיפים או פלסמידים המסוגלים להכניס גנים לכרומוזומים של תאים אוקריוטיים ולכן היה צפוי להשתמש בנגיפים שמקורם בנגיף Simian 40 (SV 40).

מבחינת ממלכת הצמחים, הוכח כי יכול להיות שבר מה- DNA (T-DNA) של פלסמיד (Ti plasmid) של החיידק Agrobacterium tumefaciens (האחראי להיווצרות גידול בשם קראון-גאל). מועברים לכרומוזומי תאים צמחיים.

יתר על כן, ניתן להכניס, ב- T-DNA זה, גנים ממוצא חיידקי (למשל, גן של עמידות לאנטיביוטיקה) או ממוצא צמחי (למשל, גן של תת היחידה הקטנה של ריבוולוז 1,5 ביספוספט קרבוקסילאז) וכך להשיג העברתם לפרוטופלסט של טבק שכן במינים שונים (כולל טבק) ניתן לשחזר צמח שלם מפרוטופלסט, ניתן היה לראות, החל מפרוטופלסטים שהשתנו, את נוכחות הגן המוחדר ברקמות שונות של הצמח שהפך, להתבונן בביטויו ושימו לב שהביטוי הזה נשלט על ידי גורמים (כגון אור) המפעילים את ההשפעות הרגולטוריות שלהם ברמת התעתיק בצמחים.

כמה טכניקות עדכניות מאפשרות הכנסה ישירה של DNA לתאי צמחים או בעלי חיים ללא עזרה של כל פלסמיד או וקטור ויראלי (העברה ישירה של גנים).

יתרונות שיבוט הגנים:

שיבוט של גנים המסופקים לראשונה, כמויות גדולות של שברי DNA ספציפיים, במילים אחרות גנים, במיוחד של אורגניזמים גבוהים יותר. שברי DNA אלה יכולים לשמש כבדיקה ומאפשרים, על ידי הכלאה, איתור ומינון של ה- mRNA המקביל בתאים הנמצאים בשלבים שונים של התפתחותם או ממוקמים בתנאים פיזיולוגיים מגוונים.

מצד שני ניתן, בזכות שיבוט הגנים, לבצע מחקר על מבנה הגנים והכרומוזומים של אקריוטים, ולחקר את מנגנוני הבקרה של ביטוי גנים באורגניזמים גבוהים יותר.

אבל, לצד ההתקדמות הגדולה שניתן לצפות בתחום הידע הבסיסי בביולוגיה מולקולרית, שיבוט של גנים יכול להוביל ליישומים חשובים ביותר.

בתחום האגרונומיה ניתן לדמיין העברה לצמחים:

1. גן שאחראי על עמידות לקוטל עשבים (מבודד למשל ממיקרואורגניזם) ובכך מאפשר הגנה על הצמח התרבותי כאשר עשבים שוטים מסולקים על ידי קוטל העשבים

2. גן האחראי לעמידות לפתוגן (למשל, פטרייה, וירוס, חרק). ניתן היה להשיג צמחים מוגנים מפני זיהום על ידי נגיף (למשל, נגיף טבק פסיפס) על ידי הכנסת לצמחים אלה את הגן המקודד לחלבון המעיל של נגיף זה, או צמחים מוגנים מפני התקפה על ידי חרקים על ידי החדרת הגן לצמחים אלה. של רעלן חיידקי בעל תכונות קוטלי חרקים

3. גנים המשפרים את צמיחת הצמחים, למשל, מאפשרים פוטוסינתזה יעילה יותר, או מתירים קיבוע חנקן אטמוספרי (אם כי, במיקרואורגניזמים שנחקרו, תהליך זה מרמז על הביטוי המתואם של 17 גנים)

4. גנים המשפרים את הערך התזונתי של הצמחים, למשל, מספקים חלבוני אחסון זרעים עשירים יותר בחומצות אמינו חיוניות, כמו ליזין.

זה מניח שהגן לא רק מוצג בצמח, אלא גם מתבטא ברקמה הנכונה (למשל הזרע) ובזמן הנכון.

ברפואה, ייצור חומרים חשובים מבחינה טיפולית, על ידי תאים (חיידקים, בעלי חיים, בני אדם) בתרבית לאחר החדרת הגן המתאים וביישנות, הוא יישום מרכזי של הנדסה גנטית. בין חומרים שכבר מיוצרים או במחקר, ניתן לציין: אינסולין (המשמש לטיפול בסוכרת), הורמון גדילה (המשמש נגד צורות מסוימות של גמדות), אינטרפרונים (פעולה אנטי-ויראלית), מפעיל הפלסמינוגן (פעיל נגד פקקת, כי פלסמין הוא אנזים המפרק את הפיברין של קרישים), α-אנטי-טריפסין (פעיל נגד אמפיזמה, מכיוון שהוא מעכב אלסטאז המעכל את האלסטין של רקמת החיבור הריאתי), גורמי הדם VIII ו-IX (נגד המופיליה A ו- B, בהתאמה), אנטיגנים ויראליים שונים, כמו אלה של הפטיטיס B או מחלת הפה והפה (להכנת חיסונים) וכו '.

יש לציין כי היתרון טמון לא רק בייצור כמויות גדולות של חלבונים אנושיים, שלא יגרום לאלרגיות (בניגוד למשל לאינסולין חזירים בו השתמשו עד כה), אלא גם בעובדה שהמוצרים נקיים ממזהמים, במיוחד ממוצא ויראלי, הנמצא במיוחד בחומרים המיוצרים מדם אנושי, במיוחד כאשר יש צורך לאגור את הדם של תורמים רבים כדי להכין כמויות ניכרות של מוצרים אלה (למשל במקרה של גורמים אנטי -המופיליים), מה שמגביר את הסיכונים (מספר המופיליות) כך שהחולים נדבקו בנגיף הפטיטיס או האיידס).

טכניקות הנדסה גנטית הובילו גם להתקדמות משמעותית באבחון מחלות תורשתיות. לאחר פעולה של אנזים הגבלה על ה- DNA של מטופל, ניתן לדמיין את שברי ה- DNA המיוצרים במקום הגנטי של המחלה על ידי הכלאה עם בדיקה רדיואקטיבית מתאימה (קטע DNA או אוליגונוקלאוטיד סינתטי המתאים למקום זה או לחלק ממנו) .

ההשוואה בין גודל שברי ה- DNA שהתגלתה אפוא, לבין אלה המיוצרים באותו אופן מאדם בריא מאפשרת לזהות חריגות אם ישנן: מחיקות או אפילו, אם תנאי ההכלאה סלקטיביים מספיק (או “ מחמירים ”), מוטציות נקודתיות.

כאשר הגן האחראי למחלה המדוברת אינו ידוע, ניתן לנצל את הקיום בגנום, של אזורים שרצף שלהם עשוי להשתנות מאחד בפרטיים ואזורים (אזורים פולימורפיים או נקודות חמות של מוטציות). אזורים אלו, המאופיינים בהופעה או היעלמות של אתרי ביקוע עבור אנזים הגבלה נתון, מציגים אפוא פולימור&שיפיזם באורך שבר מוגבל (RFLP).

לפיכך, אם יש לאדם בדיקה שיכולה לחשוף פולימורפיזם כזה בסמוך למקום המשוער של המחלה, ניתן לקשר את הופעת המחלה בפרט לפרופיל הגבלה האופייני ל-DNA של פרט זה. לאחר מכן ניתן, על ידי ניתוח ה- RFLP של ה- DNA של הורים וצאצאים של אדם זה, לעקוב אחר הפרדת הגן האחראי למחלה, בעזרת בדיקה זו.

כמו כן, תוכנן להכניס את הגן ללא פגע, לתאים של בעלי חיים או של בני אדם השוללים פעילות אנזימטית מסוימת בגלל מוטציה בגן המקביל, וכך לשחזר את הפעילות החסרה בתאים אלה.

יישומים חשובים של הנדסה גנטית אפשריים גם:

אני. בתחום הסביבה, למשל לפירוק ביולוגי של מוצרים רעילים, או למיצוי מיקרוביולוגי של מתכות שונות מעפרות בדרגה נמוכה.

ii. בתחום האנרגיה, למשל, לייצור מתאן ומתנול, או לשחזור נפט גולמי שאינו נגיש בקלות בשיטות מיצוי קונבנציונאליות.

אמצעי זהירות שיש לנקוט במהלך ניסויים של רקומבינציה גנטית:

נאמר כי מינים חיים יכולים לשמר את זהותם במשך דורות רבים וזאת הודות לנוכחות מחסומים טבעיים, וכי שיבוט גנים, על ידי הפרת מחסומים אלה, יכול ליצור צורות חיים חדשות, מסוכנות לאדם ולסביבתו.

ניסויים על רקומבינציה גנטית במבחנה ושיבוט גנים, כמו גם הסיכונים האפשריים שעלולים לסכן את האנושות, היו מושא למחלוקות רבות. מדענים שערכו ניסויים כאלה בארצות הברית כמו גם באירופה החליטו לקבוע מספר אמצעי זהירות.

אמנם לא נדון בהם כאן, רק נזכיר כי אמצעים כאלה נוגעים מחד, המעבדות בהן נערכים הניסויים ומצד שני הפלסמידים והחיידקים בהם נעשה שימוש. באשר למעבדות, יש לפעול באופן טבעי בתנאים שאינם שוללים סיכוני הפצה כמו במקרה של ניסויים בחיידקים ונגיפים פתוגניים.

מבחינת הפלסמידים, עדיף להשתמש בפלסמידים חסרי גנים המאפשרים צירוף חיידקים הדבר יפחית את הסיכון להפצת מולקולות פלסמיד היברידיות בסביבתנו.


מהם היתרונות של אורגניזמים רב-תאיים?

אורגניזמים רב-תאיים נהנים מכמה יתרונות ברורים, כולל גודל גדול יותר ומורכבות גדולה יותר מאשר אורגניזמים חד-תאיים. אורגניזמים רב-תאיים כוללים סוגים רבים של צמחים ובעלי חיים בעוד שקבוצת האורגניזמים החד-תאיים נוצרת בעיקר ממיקרואורגניזמים, אמבה וחיידקים.

לאורגניזמים רב תאיים, כפי שהשם מרמז, יש סוגים רבים של תאים, ואילו אורגניזמים חד תאיים מכילים רק תא אחד כל אחד. שני סוגי האורגניזמים מתרבים באמצעות מיוזה או מיטוזה. אורגניזמים רב תאיים יוצרים בדרך כלל את הרמות הגבוהות יותר ברשת החיים. ליצורים חיים אלה, כולל צמחים ובעלי חיים, יש מבנה פנימי מורכב יותר מאשר יצורים חד -תאיים. הם מסתמכים על תאים מיוחדים ומחלקות תאים לביצוע משימות ספציפיות, כגון פירוק מזון, שליחת הודעות חשמליות וחובות אחרות הנחוצות לתמיכה בחיים. הבחנה זו, הנקראת בידול תאים, מאפשרת לאורגניזמים רב תאיים לעסוק במשימות פיזיות וקוגניטיביות מורכבות יותר מאשר אורגניזמים חד תאיים.

בנוסף לבעלי תאים מיוחדים, לאורגניזמים רב תאיים יש מערכות איברים נפרדות לביצוע משימות ספציפיות. מערכות אלו, כמו מערכת הלב וכלי הדם, העיכול והנשימה, מבצעות תהליכי חיים הדרושים להישרדות. מערכות העיכול, למשל, מספקות חומרים מזינים ואנרגיה לאיברים במערכת העיכול, ומאפשרות להם לעבד ולעכל מזון. מערכות איברים אלו מקלות גם על תקשורת בין סוגים שונים של מערכות, כגון מערכת הדם והעצבים.


זיהומים ציטוצידיים

השפעות מורפולוגיות ומבניות

הדבקה של תאים מתירניים בנגיף מובילה לזיהום פרודוקטיבי ולעיתים קרובות גורמת למוות של תאים (זיהום ציטוליטי, ציטוליטי). ההשפעות הראשונות של שכפול הנגיפים הציטוצידיים שתוארו היו השינויים המורפולוגיים המכונים השפעות ציטופתיות. תאים מתורבתים שנדבקים ברוב הנגיפים עוברים שינויים מורפולוגיים, אותם ניתן לראות בקלות בתאים לא מקובעים ולא מוכתמים על ידי מיקרוסקופ אור. חלק מהנגיפים גורמים להשפעות ציטופטיות אופייניות ולכן תצפית על האפקט הציטופתי היא כלי חשוב עבור וירולוגים העוסקים בבידוד וזיהוי וירוסים מבעלי חיים או מבני אדם נגועים (איור 44-1).

איור 44-1

פיתוח והתקדמות של ציטופתולוגיה ויראלית. תאי שריר עור העובר האנושי הודבקו בציטומגלווירוס אנושי והוצבעו בזמנים נבחרים כדי להדגים (A) תאים לא נגועים, (B) השפעות ציטופטיות מאוחרות של וירוס (תכלילים גרעיניים, תאים (עוד.)

סוגים רבים של השפעות ציטופטיות מתרחשות. לעתים קרובות הסימן הראשון לזיהומים ויראליים הוא עיגול התאים. בחלק מהרקמות החולות, מבנים תאיים הנקראים גופי הכללה מופיעים בגרעין ו/או בציטופלזמה של תאים נגועים. גופי הכללה זוהו לראשונה על ידי מיקרוסקופ אור במריחות ובחתכים מוכתמים של רקמות נגועות. לעתים קרובות ניתן להבהיר את הרכבם על ידי מיקרוסקופ אלקטרונים. בזיהום אדנו -וירוס, למשל, מערכים גבישים של קפסולות אדנו -וירוס מצטברים בגרעין ליצירת גוף הכללה.

תכלילים עשויים לחלופין להיות מבנים של תאי מארח המשתנים על ידי הנגיף. לדוגמה, בתאים הנגועים בנגיף מחדש, וירונים מתחברים למיקרו-צינורות, מה שמוביל להכללה פרינו-גרעינית בצורת סהר. הדבקה של תאים על ידי וירוסים אחרים גורמת לשינויים ספציפיים בשלד התאים. לדוגמה, שינויים נרחבים בחוטי הביניים הסלולריים ביחס להיווצרות תכלילים ויראליים עשויים להיראות לאחר זיהום ציטומגלוס (איור 44-4). כמה מאפיינים של גופי הכללה המיוצרים על ידי וירוסים שונים מפורטים בטבלה 44-2.

איור 44-4

שינוי ארגון השלד על ידי זיהום וירוסים. לתאים רגילים יש רשתות של מיקרו-צינוריות וחוטי ביניים בכל הציטופלזמה. זיהום ב-reovirus גורם להצטברות פרי-גרעינית של מיקרוטובולים, וזיהום ב-cytomegalovirus (עוד.)

טבלה 44-2

גופי הכללה נגיפיים בכמה מחלות אנושיות.

השפעה ציטופטית בולטת במיוחד של כמה זיהומים ויראליים היא היווצרות סינציטיות, או פוליקריוציטים, שהם מסות ציטופלזמיות גדולות המכילות גרעינים רבים (פולי, רב קריון, גרעין) ומיוצרים בדרך כלל על ידי היתוך של תאים נגועים (איור 44-2). מנגנון היתוך התא במהלך זיהום ויראלי נובע כנראה מהאינטראקציה בין מוצרי הגן הנגיפיים לקרום התא המארח. היתוך תאים עשוי להיות מנגנון שבאמצעותו נגיף מתפשט מתאי נגועים לתאים לא נגועים.

איור 44-2

יצירת תאים מרובי גרעינים. הדמות מייצגת את הציטופתולוגיה של סינציציה הנגרמת מנגיף חצבת.

השפעות על פיזיולוגיה של התא

מחקר על הפתוגנזה של זיהומים בנגיפים מצביע על מתאם הדוק בין תגובות פיזיולוגיות סלולריות לבין שכפול של כמה וירוסים (איור 44-3). במילים אחרות, למצב הפיזיולוגי של תאים חיים יש השפעה משמעותית על התוצאה של זיהום הנגיף, שכן התא המארח מספק את המנגנון הסינתטי, המולקולות הרגולטוריות המרכזיות והקדמים לחלבונים הנגיפיים החדשים ולחומצות הגרעין. הסביבה התוך תאיים האופטימלית לשכפול וירוסים מתפתחת באמצעות אירועים שמתחילים להתרחש עם חיבור הנגיף לקרום התא. קשירת הנגיף לקולטן (ים) של קרום התא עשויה להיות בעקבות מפל אירועים הקשורים לשינויים ביוכימיים, פיזיולוגיים ומורפולוגיים בתאים. קולטן הנגיף הוא מרכיב של קרום התא המשתתף בקשירה לווירוס, מקל על זיהום ויראלי, ומהווה גורם מכריע של טווח מארח הנגיף, כמו גם טרופיזם של רקמות. נגיפים מסוימים מזהים יותר מקולטן תאי אחד (למשל, HIV, אדנו-וירוסים) והקישור הוא תהליך רב-שלבי (ראה טבלה 44-3). רצפטורים מרובים עשויים לפעול יחד כדי לווסת את פעילותו של זה או לתרום פונקציות משלימות.

איור 44-3

קשר בין השפעות סלולריות מורפולוגיות, פיזיולוגיות וביוכימיות לשכפול של וירוס הציטומגלו האנושי. דוגמאות לתגובות סלולריות ביוכימיות ופיזיולוגיות: היווצרות שליחים משניים, זרימת Ca 2+, הפעלת חלבון (עוד.)

טבלה 44-3

קולטני קרום התא המוצעים לנגיפים.

שינויים אחרים הקשורים לנגיפים בפיזיולוגיה של התא קשורים להכנסת חלבונים ויראליים או לשינויים אחרים בקרום התא. דוגמה אחת היא קרום התא הדולף המופיע לאחר הדבקה בווירוס פיקנורנה או בנגיף Sindbis השינוי בריכוזי היונים התוך-תאיים הנובעים מהממברנה הדולף עשוי להעדיף תרגום של ה-mRNA הנגיפי היציב יותר במלח (למשל, Na + או K + ) על פני תאי , mRNA. השפעות אלו ואחרות עשויות להישמר או לשנות על ידי תוצרי גנים ויראליים מיידיים מוקדמים ו/או מוקדמים (למשל, שינויים בתעתוק וברמות החלבון של מולקולות מווסתות של מחזור התא). איור 44-3 מדגים את תיאום התגובות הפיזיולוגיות התאיות עם שכפול של הרפס-וירוס (ציטומגלוס אנושי).

השפעות על ביוכימיה של תאים

הווירוס נקשר לממברנת התא בשילוב עם חלבונים מוקדמים מיידיים (למשל חלבוני IE של נגיפי הרפס), חלבונים מוקדמים לא מבניים (למשל, E-6, E-7 של HPVs) או רכיבי ויריון (למשל, ICP0, ICP4, VP16 של herpes simplex virus, penton protein of adenoviruses) may mediate a series of biochemical changes that optimize the intracellular milieu for use of cellular synthetic machinery, low molecular weight precursors for productive virus replication or to achieve latency, chronic, slow or transforming infection. For example, studies of transcriptional regulation of viral genes and post-transcriptional modification of gene products (splicing, polyadenylation of RNA) demonstrate that the nature of the basic biochemical processes for virus replication are similar to the mechanisms used to regulate expression of cellular genes. Viruses have sequence motifs in their nucleic acid for binding of known transcriptional regulators of cellular origin. Thus, promoter regions of regulatory and structural proteins for many viruses (Table 44-4) contain contiguous binding sites for a large array of identifiable mammalian cellular transcription factors (e.g., NFκ B, Sp1, CRE/B, AP-1, Oct-1, NF-1). These cellular transcription factors in concert with regulatory viral proteins are involved in activation or repression of viral and cellular genes to develop latent, persistent, transforming virus infections, as well as to produce progeny virus. Most cellular transcription factors must be activated prior to binding to their specific recognition (consensus) sequences. The biochemical events may include phosphorylation, dephosphorylation, disassociation (from inhibitory subunit) and dimerization. These activation processes can be accomplished as a result of the cascade of events initiated by the virus and cell receptor interaction. Events associated with these cascades may include, for example, formation of secondary messengers (phosphatidyl inositols, diacylglycerols, cAMP, cGMP, etc.), activation of protein kinases, and ion (e.g., Ca 2+ ) influxes.

Table 44-4

Cellular Transcription Factors that are Involved in Regulation of Viral Gene Expression.

To maintain cell activation processes, viruses have evolved unique mechanisms to regulate these cellular processes, adapting their proteins to interact with cellular proteins. Examples include the association of early virus gene products (e.g., E-6, E-7 of papillomaviruses IE proteins of herpesviruses SV40 T antigen) with the Rb tumor suppresser protein which results in liberation of the E2F transcription factor that is required for modification (activation/inhibition) of cellular biochemical pathways, for synthesis of viral DNA, or initiation of cellular apoptotic processes (programmed cell death).

In some cases the virus directly incorporates cellular biochemical regulatory strategies by triggering the cells to overproduce and excrete regulatory molecules (e.g., transforming growth factors, tumor necrosis factors, interleukins), which may activate in an autocrine fashion cellular biochemical cascades involved in virus (e.g., HIV, herpesviruses, papillomaviruses) replication, maintenance of or reactivation from a latent state, or maintaining a transformed phenotype. On the other hand, these soluble cellular regulatory molecules may inhibit biochemical reactions of immune cells in a paracrine manner to compromise elimination of infected cells.

Inhibition of cellular macromolecule synthesis may result from virus infection and provide an advantage for synthesis of virus proteins and nucleic acids in the absence of competing synthesis of cellular products. This inhibition occurs in characteristic ways. In poliovirus or herpes simplex infections, for example, selective inhibition of host protein synthesis occurs prior to the maximal synthesis of viral proteins. In some cases, viral products inhibit both protein and nucleic acid synthesis. Purified adenovirus penton fibers significantly decrease the synthesis of host protein, RNA, and DNA. Total inhibition of host macromolecular synthesis also may occur when excess viral products accumulate in the cell late in the viral replicative cycle. Some picornaviruses specify a protein that causes cell damage independent of the viral proteins that inhibit cell macromolecular synthesis. Cellular mRNA may be degraded. For example, in influenza virus and herpes simplex virus infections, cellular mRNA stops binding with ribosomes to form polyribosomes only virus-specific mRNA is bound, giving viral mRNAs a selective advantage. Cell DNA synthesis is inhibited in most cytolytic virus infections. This may be achieved by virus-induced apoptosis or by a decrease in cellular protein synthesis. Reoviruses and some herpesviruses may be exceptions in that they cause a decrease in cell DNA synthesis before a substantial decline in cellular protein synthesis occurs. Direct degradation of host DNA is seen in vaccinia virus infections due to a virion-associated DNase.

Genotoxic Effects

Chromosome damage may be caused directly by the virus particle or indirectly by events occurring during synthesis of new viral macromolecules (RNA, DNA, protein). The chromosome damage (Fig. 44-5) may or may not be faithfully repaired, and in either case, it may or may not be compatible with survival of the infected cell. When the cell survives, the virus genome may persist within the cell, possibly leading to continued instability of cellular genomic material or to altered expression of cellular genes (e.g., cellular oncogenes). Virus-induced genomic instability appears to be associated with accumulation of mutations and related to the process of cell immortalization and oncogenic transformation.

Figure 44-5

Chromosomal aberrations resulting from cytomegalovirus infection of human peripheral blood lymphocytes.

Biologic Effects

The biologic consequences of virus infection results from the aforementioned biochemical, physiological, structural, morphological and genetic changes. In productive infections virus-induced biological modifications of the cell may be closely related to the efficiency of virus replication or to the recognition of these cells by the immune system. For cells that are persistently infected, the cellular changes caused by the virus could lead to disease (e.g., subacute sclerosing panencephalitis after measles infection), cellular genetic damage (e.g., hepatitis B virus), immortalization (e.g., Epstein-Barr virus), or malignant transformation (e.g., HTLV-1, HTLV-2, hepatitis B virus). The wide variety of these effects of virus infection points to the complex interaction between the viruses and their host cell.

Relation of Cellular Effects to Viral Pathogenesis

Although most of the events that damage or modify the host cell during lytic infection are difficult to separate from viral replication, the effects are not always linked directly to the production of progeny virions. For example, changes in cell size, shape, and physiologic parameters may occur before progeny virions or even many virus proteins, are produced. These alterations in cell structure and function may be important aspects of the pathogenesis of a number of viral infections (see Ch. 45). For example, through their cellular effects many viruses (e.g., rotaviruses, caliciviruses, Norwalk viruses) induce gastrointestinal symptoms (ranging from mild alteration in absorption of ions to severe watery diarrhea). Cytocidal viral infections (e.g., herpesviruses, togaviruses, flaviviruses, bunyaviruses) of the central nervous system are related to necrosis, inflammation or phagocytosis by supporting cells. Rubella virus infections are associated with demyelination without neural degeneration. The long-term effects of persistent virus infections (see below) may also be related to such progressive diseases as atherosclerosis and demyelination in multiple sclerosis.


Organization of the Nucleus and Its DNA

Like most other cellular organelles, the nucleus is surrounded by a membrane called the מעטפת גרעין. This membranous covering consists of two adjacent lipid bilayers with a thin fluid space in between them. Spanning these two bilayers are nuclear pores. א nuclear pore is a tiny passageway for the passage of proteins, RNA, and solutes between the nucleus and the cytoplasm. Proteins called pore complexes lining the nuclear pores regulate the passage of materials into and out of the nucleus. Inside the nuclear envelope is a gel-like nucleoplasm with solutes that include the building blocks of nucleic acids. There also can be a dark-staining mass often visible under a simple light microscope, called anucleolus (plural = nucleoli). The nucleolus is a region of the nucleus that is responsible for manufacturing the RNA necessary for construction of ribosomes. Once synthesized, newly made ribosomal subunits exit the cell’s nucleus through the nuclear pores. The genetic instructions that are used to build and maintain an organism are arranged in an orderly manner in strands of DNA. Within the nucleus are threads of כרומטין composed of DNA and associated proteins (Figure 3.22). Along the chromatin threads, the DNA is wrapped around a set of היסטון חלבונים. אנוקלאוזום is a single, wrapped DNA-histone complex. Multiple nucleosomes along the entire molecule of DNA appear like a beaded necklace, in which the string is the DNA and the beads are the associated histones. When a cell is in the process of division, the chromatin condenses into chromosomes, so that the DNA can be safely transported to the “daughter cells.” ה כרומוזום is composed of DNA and proteins it is the condensed form of chromatin. It is estimated that humans have almost 22,000 genes distributed on 46 chromosomes.


18 שאלות על תפקוד גרעין התא

יסודות הגרעין העיקריים הם כרומטין (העשוי ממולקולות DNA), הגרעין, הקריאולימף או הנוקלאופלזמה והממברנה הגרעינית (או קריותקה).

עוד שאלות ותשובות בגודל ביס למטה

2. האם לכל התאים האיקריוטים יש גרעין אחד בלבד?

חלק מהתאים האוקריוטיים אינם מכילים גרעין ואחרים מכילים יותר מאחד. לדוגמה, אוסטאוקלאסטים, התאים האחראים לספיגה של מטריצת העצם, הם תאים רב גרעיניים, כלומר יש להם יותר מגרעין אחד. סיבי שריר מפוספסים הם גם מרובי גרעיניים. תאי דם אדומים הם דוגמה לתאים מיוחדים (ללא גרעין).

כרומטין, הטרוכרומטין ואוכרומטין

3. מאילו חומרים עשוי הכרומטין?

הכרומטין עשוי ממולקולות DNA הקשורות לחלבונים הנקראים היסטונים.

סקירת גרעין התא - גיוון תמונה: כרומטין

4. מה הם הטרוכרומטין ואוכרומטין?

הכרומטין הוא DNA גרעיני ללא תמצית, המורפולוגיה הדנ"א האופיינית במהלך אינטרפאז (השלב ​​של מחזור התא בו התא אינו מתחלק). במהלך שלב זה של מחזור התא, שהוא הכרומטין, ניתן למצוא כטרוכרומטין, חלק מרוכז יותר של מולקולות ה- DNA ואשר מופיע כהה יותר תחת מיקרוסקופ אלקטרונים, וכאוקרומטין, שהוא פחות מרוכז ומרכיב את החלקים הבהירים יותר של מולקולות ה- DNA.

מכיוון שהוא פחות מרוכז, אוכרומטין הוא החלק הפעיל הביולוגי של ה- DNA, כלומר האזור המכיל גנים פעילים לתמלול ל- RNA. הטרוכרומטין מרכיב את החלקים הלא פעילים של מולקולת ה- DNA.

בחר כל שאלה כדי לשתף אותה ב- FB או בטוויטר

פשוט בחר (או לחץ פעמיים) על שאלה לשיתוף. אתגר את חבריך בפייסבוק ובטוויטר.

כרומוזומים  

5. מה הקשר בין המושגים כרומטין וכרומוזומים? האם אאוכרומטין והטרוכרומטין הם חלק מהכרומוזומים?

כל נימה של כרומטין היא מולקולת DNA שלמה (סליל כפול שלם), או ליתר דיוק, כרומוזום שלם. מולקולת DNA עשויה להכיל חלקי אאוכרומטין והטרוכרומטין, וכתוצאה מכך שניהם חלק מהכרומוזומים.

שכפול כרומוזומים

6. האם במהלך השלב בו התא אינו מתחלק (אינטרפאז), האם יש פעילות בתוך גרעין התא?

במהלך אינטרפאז, ישנה פעילות מטבולית אינטנסיבית בגרעין התא: הדנ"א משתכפל, אוכרומטין מועתק ומתוצרת RNA.

7. כיצד קשורים מושגי הכרומוזומים, הכרומטין והכרומטידים? באיזה שלב של מחזור התא משתכפל הדנ"א?

כרומטין הוא קבוצה של מולקולות DNA חוטיות המפוזרות בקאריופלזמה, המורכבות מחלקי אאוכרומטין והטרוכרומטין. כל נימה כרומטין היא כרומוזום שלם (מולקולת DNA, או סליל כפול). הכרומטין של התא הסומטי האנושי נוצר על ידי 46 מולקולות DNA (22 כרומוזומים הומולוגיים וזוג אחד של כרומוזומי מין).

במהלך אינטרפאז, התא מכין את עצמו לחלוקה ומתרחשת שכפול של מולקולות DNA. הכפילות של כל מולקולת DNA יוצרת שתי סלילות כפולות זהות של DNA הקשורות במבנה הנקרא צנטרומר. במהלך שלב זה, כל כרומוזום זהה של זוגות אלו נקרא כרומטיד. גם במהלך האינטרפאז מתחילים הכרומטידים להתעבות ולובשים את הצורה העבה והקצרה יותר האופיינית לאיורי כרומוזומים. לכן, שלב מחזור התא שבמהלכו כפילויות ה- DNA הוא אינטרפאז.

מספר ספרי לימוד בביולוגיה מתייחסים לכרומוזום כאל נימה ייחודית של כרומטין וכן למבנה המעובה העשוי משתי כרומטידות זהות לאחר שכפול ה-DNA. זוג הכרומטידים זהים הקשורים בצנטרומר מורכב תמיד משני עותקים של אותו כרומוזום, ולכן הם שני כרומוזומים זהים (ולא רק אחד).

צנטרומר

8. איזה מבנה שומר על קישור של כרומטידות זהות?

המבנה השומר על קישור הכרומטידים זהים הוא הצנטרומר.

9. מהו השם שניתן לאזור הכרומוזום שבו נמצא הצנטרומר? כיצד מסווגים כרומוזומים ביחס למיקום הצנטרומר שלהם?

אזור הכרומוזום שבו נמצא הצנטרומר נקרא היצרות ראשונית. בהסתכלות מיקרוסקופית, אזור זה צר יותר (הקפדה) מרוב חלקי הכרומוזום.

בהתאם למיקום ההיצרות העיקרית, הכרומוזומים מסווגים כטלוצנטרי, אקסרוצנטרי, תת -מרכזי או מטאצנטרי.

10. מהן ההתכווצויות העיקריות והמשניות של כרומוזום? מהו השם הנוסף שניתן להיצרות המשנית?

כיווץ ראשוני הוא האזור הצר יותר של כרומוזום מרוכז שבו נמצא הצנטרומר, המבנה שקושר כרומטידים זהים. ההיצרות המשנית היא אזור הדומה להיצרות הראשונית, צר יותר מהעובי הרגיל של הכרומוזום, ואשר בדרך כלל קשור לגנים המתאמים את היווצרות הגרעין ושולטים על ריבוזומלה ו#xa0RNA (rRNA)  synthesis. מסיבה זו, כינויים משניים     (יכול להיות אחד או יותר בכרומוזום) נקראים אזורי מארגן גרעין (NOR).

כרומוזומים הומולוגיים

11. מהם כרומוזומים הומולוגיים? באילו תאים אנושיים אין כרומוזומים הומולוגיים?

הכרומוזומים מכילים גנים (מידע גנטי בצורה של רצפי נוקלאוטידים) השולטים בסינתזת החלבונים, ובכך מווסתים ושולטים על פעילות התא. בגרעינים של תאים סומטיים של ישויות דיפלואידיות, לכל כרומוזום יש את הכרומוזום ההומולוגי המקביל שלו, ששניהם מכילים אללים של אותם גנים הקשורים לאותם פונקציות. זה קורה כי כרומוזום אחד של זוג אחד מגיע מהאב והשני מגיע מאמו של אדם. כרומוזומים היוצרים זוג עם אללים של אותם גנים נקראים כרומוזומים הומולוגיים. בבני אדם, ישנם 22 זוגות של כרומוזומים הומולוגיים ועוד זוג אחד של כרומוזומי מין (כרומוזומי מין הם הומולוגיים חלקית).

התאים האנושיים היחידים שאין להם כרומוזומים הומולוגיים הם גמטות, שכן במהלך המיוזה, הכרומוזומים ההומולוגיים מופרדים.

קריוטיפים וגנום

12. מה ההבדל בין קריוטיפ לגנום?

גנום הוא קבוצת מולקולות ה- DNA המאפיינות כל יצור חי או כל מין. מושג זה כולל את רצף הנוקלאוטיד הספציפי של מולקולות ה- DNA של כל אדם או מין. קריוטיפ הוא מכלול הכרומוזומים של אדם או מין נתון, ומתמקד במספר זוגות הכרומוזומים וכן במורפולוגיה שלהם.  

13. האם לשני פרטים נורמליים מאותו מין עם רבייה מינית יכולים להיות גנומים זהים וקריוטיפים זהים? כיצד בדרך כלל מיוצג הקריוטיפ האנושי?

למעט שיבוטים (אנשים שנוצרו מהשתלת גרעין, כמו דולי הכבשה) ותאומים מונוזיגוטיים, לא סביר מאוד שהגנום של שני פרטים מאותו מין שנוצר על ידי רבייה מינית יהיה זהה. אף על פי כן, הקריוטיפים של שני פרטים נורמליים מאותו המין ומאותו המין הם תמיד זהים. הקריוטיפ האנושי הרגיל מיוצג על ידי הנוסחה 44+XX לנשים ו- 44+XY לגברים.

אלוזומים ופלוידיה

14. מהו השם הנוסף שניתן לכרומוזומי המין? מהו תפקידם של כרומוזומי המין?

כרומוזומי מין נקראים גם אלוזומים (כרומוזומים אחרים שאינם כרומוזומי מין נקראים אוטוזומים).

כרומוזומי המין שואבים את שמם מכך שיש להם גנים הקובעים את המין (זכר או נקבה) של אדם. כרומוזומי המין מכילים גם גנים הקשורים לתפקודים ביולוגיים אחרים.

15. כמה כרומוזומים יש לתא הפלואיד אנושי רגיל? כמה כרומוזומים יש לתא דיפלואידי אנושי רגיל? כמה כרומוזומי מין מכיל כל אחד מהם? 

התא ההפלואידי האנושי הוא הגמט (תא ביצה ותא זרע). לגמטה האנושית 22 אוטוזומים ואלוזום אחד, כלומר 23 כרומוזומים. התא הדיפלואיד הוא התא הסומטי ויש לו 44 אוטוזומים ו -2 אלוזומים, כלומר 46 כרומוזומים.

לגמטות יש כרומוזום מין אחד ולתאים סומטיים יש שני כרומוזומי מין.

16. האם למינים קרובים מבחינה פילוגנטית יש תאים עם ספירת כרומוזומים דומה?

מספר הכרומוזומים האופייניים לכל מין דומה למינים קרובים פילוגנטית (למשל אורנגאוטנים, גורילות, שימפנזים ובני אדם). עם זאת, לא בלתי אפשרי שלמינים מרוחקים מבחינה אבולוציונית, כמו חולדות ושיבולת שועל, יהיו קריוטיפים דומים ואותו מספר כולל של כרומוזומים.

גם אם הם מציגים מספר שווה של כרומוזומים, למינים רחוקים מבחינה אבולוציונית יש מאפיינים שונים בתכלית, שכן הכמות ורצף הנוקלאוטידים המרכיבים את מולקולות ה-DNA שלהם שונים בתכלית.

הגרעין והממברנה הגרעינית

17. מהו הגרעין?

הגרעין הוא אזור קטן וצפוף אופטית בחלק הפנימי של גרעין התא. הוא עשוי RNA ריבוזומי (rRNA) וחלבונים. לגרעין אחד יכול להיות גרעין אחד או יותר.

18. אילו מבנים מרכיבים את הממברנה הגרעינית?

לתאים אוקריוטיים יש גרעין המוקף בשני ממברנות צמודות זו לזו המהוות המשך של הממברנה של הרשת האנדופלזמית. הממברנה הגרעינית, או קריותקה, מכילה נקבוביות שדרכן עוברים חומרים. בנוסף, המשטח החיצוני שלו מכיל ריבוזומים.

כעת, לאחר שסיימת ללמוד גרעין תא, אלו הן האפשרויות שלך:


Examples of symbiosis

As will be clearer through the examples, symbiosis relationships are very important in the environment , as they enable many species to survive. That is why we believe that symbiosis works as an enhancer of the evolution of these species, which manage to improve their way of life by establishing relationships with other organisms and species.

The examples are very http://kamagrawiki.org numerous and varied. Next, we present some examples of symbiosis in ecology and biology so that, in this way, the importance that these types of relationship suppose for the survival of these organisms becomes clearer.

  • Ants and aphids: some species of ants, such as the black ant ( לאסיוס ניגר ), protect herds of aphids that in turn provide them with food and molasses, a sugary substance they produce rich in carbohydrates. In the main image of this article, we can see this same example.
  • Ants and acacias: other species of ants such as Pseudomyrmex ferruginea protect acacias from other parasites or herbivores. In return, the tree provides shelter and food.
  • Crocodiles and plovers: it is by all known the great power that the crocodiles possess in the jaws. These present no less than 80 teeth, which replace 2 or 3 times a year and the remains of food can cause serious problems such as infections. Thus arises the relationship with the Egyptian plovers. They obtain their food by cleaning the remains they find between the teeth of the crocodiles and these thus avoid oral problems allowing them to move inside their mouths.
  • Sharks and remoras: this is the clearest case of commensalism. Surely you have seen other sharks under the sharks. They adhere to the sharks and obtain from them protection and food from the remains of food that do not ingest them. For sharks, the presence of remora is practically indifferent.
  • Goby fish and blind prawn: the shrimp, despite its lack of vision, digs the burrow that keeps it clean and allows the fish to share so that it acts as their guide for the search for food and, in addition, warns of the dangers that they lurk through movements of its tail that create vibrations that the shrimp is capable of detecting, at which time both can hide in the burrow.
  • The clownfish and the anemone: these fish make their whole lives inside the anemones, which are very poisonous. They establish a mutualistic relationship in which the clownfish attracts other predatory fish that, when they come in contact with the anemone, are paralyzed and serve as food, the remains of which are used by the clownfish.
  • Lichens: are the symbiotic association between a fungus and algae. The fungus protects the algae from dehydration and provides a structure to grow on, and the algae make carbohydrates that the fungus can use as food. There is a great variety of lichens since they are very resistant and capable of colonizing very diverse environments.
  • Mycorrhizae: Mycorrhizae are fungi that establish symbiotic relationships with multiple plant species of vascular plants. אֵיך? The roots of these plants secrete useful substances for these fungi and these, in turn, make materials found in the soil as minerals and other materials in decomposition are more assimilable by plants.
  • Intestinal flora and microbiota: in our intestine, as in many other parts of our body, there is a large number of bacteria and other microorganisms that live in symbiosis with our cells and that are of great importance to our health to such an extent that variations in this microbiota can cause alterations in our body.

Now that you know well what is the symbiosis in ecology and biology and have seen several examples, you may also be interested in knowing with this other Green Ecology article the interspecific relationships: types and examples


Specialised Cells

The difference between specialised and unspecialised cells.

What cell differentiation is.

Specialised cells:

A specialised cell is when a cell has certain features that make it very good at its job.

Cell differentiation:

Cell differentiation is when an unspecialised cell becomes specialised.

Before you were born, you started as just a bunch of cells! These cells were stem cells. Your DNA had told certain cells to change their appearance and contents, to become specialised! When specialised cells start to form, then things like skin and bones can start forming - making you!


2D Versus 3D Cell Cultures: Advantages and Disadvantages

/>2D cell cultures have been used since the early 1900s. In recent years, 3D cell culture techniques have received much attention from scientists, as these might provide more accurate models of tissues.

Here, we will explore the differences between the two types of cell cultures and explain why 3D cell culture systems are becoming so popular.

A (Very) Brief History of 3D Cell Cultures

3D cell cultures have been around for longer than you might think. Ross Granville Harrison (1870&ndash1959) adapted the hanging drop method from bacteriology to carry out the first tissue culture. This method allowed for further studies in embryology as well as experimental improvements in oncology, virology, genetics and a number of other fields.

The importance of the tissue microenvironment and 3D culturing techniques for cancer research was first proposed in the early 1980s by Mina Bissell, a lead researcher at Lawrence Berkeley National Laboratory. Since then, Mina has set up her own lab and continues to develop 3D techniques, especially in cancer discovery and treatment.

The 1990s were a quiet time for 3D cell cultures. This all started to change over the last five to 10 years. We&rsquove seen venture capitalists, angel investors and pharmaceuticals pouring lots of money into 3D cell culture technologies, research and production.

הסיבה? The enormous potential for 3D cell culture in drug development, which represents a big business opportunity. In our bodies, cells don&rsquot grow in 2D, and it&rsquos precisely the human body that we should model to develop better therapies against cancer and other diseases.

2D Cell Culture Systems

2D cell culture systems grow cells on flat dishes, typically made of plastic. The cells are put onto coated surfaces where they adhere and spread. Unfortunately, 2D cell cultures do have some inherent flaws:

  • They aren&rsquot representative of real cell environments &mdash Growing on a flat surface isn&rsquot a good way to understand how cells grow and function in a human body, where they surrounded by other cells in three dimensions.
  • Lack of predictivity &mdash 2D cell testing isn&rsquot always predictive, which increases the cost and failure rate of new drug discovery and clinical trials. Pharmaceutical companies spend hundreds of millions on failed drug development every year.
  • Issues caused by the growth media and expansion of cells &mdash As cells grow in a standard 2D culture, they consume growth media and exude waste. This can result in toxic waste products, dead cells, nutrition depletion and damage of the environment the cells are in.

Why 2D Cultures Are Still Used in the Majority of Cell Research

Despite these disadvantages, 2D cell cultures are still used for the majority of cell cultures. Reasons include:

  • It&rsquos inexpensive &mdash Economies of scale mean 2D cell culture systems and technologies are less expensive than some other systems.
  • It&rsquos well established &mdash 2D cell cultures have been used since the early 1900s, gaining widespread acceptance in the 1940s and 1950s.
  • There&rsquos a lot of comparative literature &mdash It&rsquos easier to compare current results vs. previous results and studies.
  • It&rsquos what most researchers and scientists understand &mdash Everyone involved with lab work has been taught 2D cell culture technology.
  • Easier cell observation and measurement &mdash 2D cell cultures are typically easier to analyze than some 3D cell culture systems.

3D Cell Culture Techniques

The reason for the growth in 3D cell culture is it&rsquos simply a better way of representing human tissue outside the body. 2D cell cultures only exist in two dimensions. That&rsquos not an accurate representation of how cells grow or how they are affected by disease and injury.

Although 2D cell cultures are still used for most research, the 3D cell culture industry is starting to catch up, especially in cancer treatment and stem cell research. Reasons for the increasing acceptance and use of 3D cell cultures include:

  • More relevant cell models &mdash Much better biomimetic tissue models make 3D cell cultures more physiologically relevant and predictive than 2D cultures. 3D plate cultures also show a higher degree of structural complexity and retain a &ldquosteady state&rdquo (homeostasis) for longer.
  • Interaction between different types of cells &mdash Creation of complex systems linked together by microfluidics means that 3D tissue systems can better model how different types of cells interact.
  • Integration of flow &mdash Fluid flow, for example blood flow, interstitial fluid flow and urine flow, is crucially important for the functioning of all tissues. Cells respond to flow through differentiation and metabolic adaptation
  • Establishment of barrier tissues &mdash Epithelia typically separate organ compartments, interact with the environment and protect the organism from the environment. Their proper functioning is crucial for survival and barrier malfunction plays a role in many diseases. Representation of barrier tissues is greatly enhanced in 3D culture.
  • Better simulation of conditions in a living organism &mdash Microfluidics continuously provide nutrients to where they&rsquore needed, meaning cells and organs grow in a more realistic way.
  • Reduces use of animal models &mdash Animal models aren&rsquot a reliable way to predict how drug treatments will affect humans. Screening drugs against human organs grown on chips is a much more reliable method.
  • More realistic way to grow and treat tumor cells &mdash 3D cell culture systems are good simulators of diseased tissue, including cancer tumors. They can exhibit similar growth and treatment patterns.

3D Cell Culture Techniques: Issues and Solutions

Some 3D cell culture systems do still have problems, but at Mimetas, we've come up with solutions.

  • Throughput &mdash Many 3D culture techniques are cumbersome and time-consuming, rendering them unsuitable for drug development screening and research. The OrganoPlate ® is based on a standard 384 well plate and provide the throughput needed for large-scale experimentation and screening.
  • Challenges in microscopy and measurement &mdash Due to the larger size of 3D cell cultures compared to 2D cell cultures, some types of measurement and microscopic analysis can be difficult. Mimetas has created technology specifically designed to allow for easy microscopy results, assays and readouts across all of its 3D plates.
  • Getting oxygen and other essential nutrients to the right place &mdash For larger cultures, it can be a challenge to distribute nutrients to where they need to be in the cell culture. Enhanced pump-free OrganoPlates® vascularization in organ-on-a-chip devices, which Mimetas is developing and architecture are helping to deal with this.
  • Certain tissue models may contain undesirable elements &mdash In rare cases, 3D cultures created from specific tissue types (e.g. basement membrane extracts) can contain unwanted components such as growth factors or viruses.

A Vital Part of 3D Cell Culture: The 3D Scaffold

There are two main types of 3D cell culture systems, a scaffold system, and a scaffold-free system. Scaffold-free systems typically use techniques such as &ldquohanging drop templates,&rdquo &ldquomagnetic levitation,&rdquo and &ldquomagnetic 3D bioprinting.&rdquo Although there&rsquos been some development in these fields, most of the focus is on regular 3D scaffold systems.

A 3D scaffold provides a way for cells to grow in three dimensions on a 3D plate. These are typically provided through something called hydrogel, an extracellular matrix (ECM) in which cells can survive, grow and proliferate. These ECMs normally have tiny pores that allow the passage of nutrients and gasses to give the cells the environment they need to thrive. Well-developed and selected ECMs also provide essential cues to cells, rendering them crucial for the establishment of physiologically relevant 3D tissue cultures.

This means 3D cell cultures with ECMs can be accurately grown and measured, providing an ideal environment for drug discovery and development and other types of research.

The Evolution of 3D Cell Culture Systems

3D cell cultures, systems, plates, and techniques have come a huge way over the last 10 years. Still, we&rsquove barely started. As physicians, scientists, and pharmaceutical companies learn the potential of 3D tissue culture, we&rsquoll see more rapid innovation and wide-ranging applications.

At MIMETAS, we&rsquore proud to be at the forefront, making personalized medicine and affordable drug screening a reality for everyone with OrganoPlates and OrganoPlate-based applications.


סיכום

To build predictive models for malaria parasite multiplication we need to understand the dynamic relation between cycle time, cell volume and nuclear numbers. Therefore, we need to quantify those very basic cellular parameters in a time-resolved manner. The description of blood-stage development has been dominated by the useful, but limited, separation in ring, trophozoite and schizont stages. The more gradual change of key biophysical parameters, however, is best assessed by dynamic single cell analysis i.e. 4D live cell imaging, a technology that still has potential for a broader application in the malaria field (Gruring etਊl., 2011 De Niz etਊl., 2016). By verifying the dependency of merozoite number on schizogony duration we can establish whether timing plays a determinant role. This assumes that we also assess the variability in nuclear division rates. A strict dependency on the concentration of specific extrinsic factors would support a counting mechanism. In this context it will be important to verify whether progeny number generated by a parasite is an inheritable, possibly epigenetic, trait. Investigating this requires tracking progeny number from one to the next generation. Whether this number correlates with final cell size is another relevant parameter. Finally, all these parameters should be linked to parasite multiplication rates to predict how they might correlate with disease severity. Knowing that multiplication rates can increase throughout culture adaptation, we further need to assess the validity of those cellular parameters in samples that have more recently been isolated from patients (Stewart etਊl., 2020). Ultimately, we advocate for the systematic assessment of merozoite number in פלסמודיום mutants that develop a growth phenotype, so that we can expand our list of candidate proteins implicated in defining progeny numbers and advance our understanding of malaria parasites proliferation mechanisms.