Маълумот

10.1: Истифодаи микробиология барои кашф кардани асрори ҳаёт - Биология

10.1: Истифодаи микробиология барои кашф кардани асрори ҳаёт - Биология


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.

Ҳадафҳои таълимӣ

  • Кашфи кислотаи нуклеин ва нуклеотидҳоро тавсиф кунед
  • Таҷрибаҳои таърихиеро, ки боиси тавсифи ДНК гардиданд, шарҳ диҳед
  • Тавсиф кунед, ки чӣ тавр микробиология ва микроорганизмҳо барои кашф кардани биохимияи генҳо истифода шудаанд
  • Фаҳмонед, ки чӣ тавр олимон робитаи байни ДНК ва ирсиятро муайян карданд

қисми 1

Алекс як донишҷӯи 22-солаи коллеҷ аст, ки барои таътили баҳорӣ дар Пуэрта Валларта, Мексика таътил кардааст. Мутаассифона, пас аз ду рӯзи парвоз ба хона ба Огайо, ӯ дарди шикам ва дарунравии серобро эҳсос кард. Аз сабаби нороҳатии худ, ӯ ба беморхонаи калони Цинциннати дар наздикии он муроҷиат кард.

Машқи (PageIndex{1})

Кадом намуди сироятҳо ё дигар шароитҳо метавонанд масъул бошанд?

Дар аввали асри 20, ДНК ҳанӯз ҳамчун маводи генетикӣ эътироф карда нашудааст, ки барои ирсият, гузариши аломатҳо аз насл ба насл масъул аст. Дар асл, бисёре аз таҳқиқот то миёнаҳои асри 20 рад карда шуданд. Ҷомеаи илмӣ нодуруст боварӣ дошт, ки раванди мерос омезиши хислатҳои волидайнро дар бар мегирад, ки дар насл намуди фосилавии ҷисмониро ба вуҷуд меорад; ин раванди фарзиявӣ аз он сабаб дуруст ба назар мерасид, ки мо ҳоло тағирёбии доимиро медонем, ки дар натиҷаи амали бисёр генҳо барои муайян кардани як хислати мушаххас, ба монанди баландии инсон бармеояд. Вақте ки мо ба хусусиятҳое назар мекунем, ки тағироти доимиро нишон медиҳанд, наслҳо як "омехта" -и хислатҳои волидайни онҳо мебошанд. Назарияи омехтаи мерос тасдиқ кард, ки хислатҳои аслии волидайн ҳангоми омехташавӣ дар насл гум шудаанд ё азхуд карда шудаанд, аммо мо ҳоло медонем, ки ин тавр нест.

Ду самти алоҳидаи тадқиқот, ки аз миёнаҳои то охири солҳои 1800 оғоз шуда буданд, дар ниҳоят ба кашф ва тавсифи ДНК ва асосҳои генетика, илми ирсият оварда расонд. Ин хатҳои тадқиқот дар солҳои 1920-ум ба ҳам мепайвандад ва тадқиқот бо истифода аз системаҳои микробҳо дар ниҳоят ба саҳми назаррас дар равшан кардани заминаи молекулавии генетика оварда расонд.

Кашф ва тавсифи ДНК

Фаҳмиши муосири ДНК аз кашфи кислотаи нуклеинӣ то таҳияи модели дугонаи спирал инкишоф ёфт. Дар солҳои 1860-ум Фридрих Мишер (1844–1895), табиб, аввалин шахсе буд, ки дар клиникаи ҷарроҳии маҳаллӣ моддаҳои кимиёвии аз фосфор бойро аз лейкоситҳо (ҳуҷайраҳои сафед) аз чирк дар бинтҳои истифодашуда ҷудо кард. Вай ин моддаҳои кимиёвиро (ки дар ниҳоят бо номи РНК ва ДНК маълум мешавад) "нуклеин" номид, зеро онҳо аз ядроҳои ҳуҷайраҳо ҷудо карда шудаанд. Шогирди ӯ Ричард Алтман (1852–1900) баъд аз 20 сол, вақте ки табиати туршии нуклеинро кашф кард, онро "кислотаи нуклеинӣ" номид. Дар ду даҳсолаи охири асри 19 биохимики олмонӣ Альбрехт Коссел (1853-1927) панҷ асоси нуклеотиди гуногунро, ки кислотаи нуклеинро ташкил медиҳанд, ҷудо ва тавсиф кард. Инҳо аденин, гуанин, ситозин, тимин (дар ДНК) ва урацил (дар РНК) мебошанд. Коссел дар соли 1910 барои кораш оид ба кислотаҳои нуклеинӣ ва барои кори назаррасаш оид ба сафедаҳо, аз ҷумла кашфи гистидин ҷоизаи Нобелро дар физиология ва тиб гирифт.

Асосҳои генетика

Сарфи назар аз кашфи ДНК дар охири солҳои 1800-ум, олимон дар тӯли даҳсолаҳои зиёд робитаи ирсият надоштанд. Барои пайвастани ин робита, олимон, аз ҷумла як қатор микробиологҳо, дар растаниҳо, ҳайвонот ва бактерияҳо таҷрибаҳои зиёде анҷом доданд.

Растаниҳои нахӯди Мендел

Ҳангоме ки Мишер дар солҳои 1860-ум ДНК-ро ҷудо ва кашф мекард, роҳиби австриягӣ ва ботаник Иоганн Грегор Мендел (1822–1884) бо нахӯди боғӣ таҷриба карда, намунаҳои асосии меросро, ки ҳоло бо қонунҳои Мендел маълум аст, нишон медод ва ҳуҷҷатгузорӣ мекард.

Дар соли 1856 Мендел ба тадқиқоти даҳсолаи худ дар бораи намунаҳои мерос оғоз кард. Ӯ нахӯди боғи диплоидро истифода бурд, Pisum sativum, ҳамчун системаи асосии модели худ, зеро он табиатан худ бордоршавӣ аст ва хеле инбренталӣ аст, истеҳсоли хатҳои растании нахўд "воқеӣ" - растаниҳо, ки ҳамеша насл ба волидайн монанд ба назар мерасад. Бо таҷриба бо растаниҳои нахӯди ҳақиқӣ, Мендел аз пайдоиши хислатҳои ғайричашмдошт дар наслҳо канорагирӣ кард, ки агар ӯ растаниҳои нахӯднашавандаро истифода барад. Мендел гибридизатсияро анҷом дод, ки дар он ҷуфт кардани ду фарди ҳақиқии зотпарварӣ (насли P), ки хислатҳои гуногун доранд, ва хусусиятҳои насли онҳо (насли аввал, Ф.1) инчуннн наслхои худ- бордоркунии Ф1 насл (насли дуюм, Ф2) (Расми (PageIndex{1})).

Дар соли 1865, Мендел натиҷаҳои таҷрибаҳои худро бо қариб 30,000 растаниҳои нахӯд ба ҷомеаи таърихи табиии маҳаллӣ пешниҳод кард. Вай нишон дод, ки хислатҳо мустақилона аз падару модар ба насл мегузаранд, новобаста аз дигар хислатҳо. Дар соли 1866 ӯ асари худро «Таҷрибаҳо дар гибридизатсияи растаниҳо» нашр кард.1 дар Корҳои Ҷамъияти таърихи табиии Брунн. Корҳои Мендел аз ҷониби ҷомеаи илмӣ, ки ба назарияи омезиши аломатҳо дар тағирёбии доимӣ нодуруст боварӣ доштанд, қариб нодида монд.

Ӯ барои саҳмҳои ғайриоддии илмии худ дар тӯли ҳаёташ эътироф нашудааст. Дарвоқеъ, танҳо дар соли 1900 асари ӯ аз ҷониби олимон дар остонаи кашфи асоси хромосомии мерос аз нав кашф шуда, дубора дубора эҳё карда шуд.

Назарияи хромосомавии мерос

Мендел таҷрибаҳои худро хеле пеш аз дидани хромосомаҳо дар зери микроскоп анҷом дод. Бо вуҷуди ин, бо такмил додани усулҳои микроскопӣ дар охири солҳои 1800, биологҳои ҳуҷайра метавонистанд сохторҳои зерҳуҷайраро бо рангҳо доғдор ва диданд ва амалҳои онҳоро ҳангоми мейоз мушоҳида кунанд. Онҳо тавонистанд хромосомаҳои такроршавандаро мушоҳида кунанд, ки аз массаи аморфии ядроӣ ба ҷисмҳои X-шакл фарқ мекунанд ва ба қутбҳои алоҳидаи ҳуҷайра муҳоҷират мекунанд. Фарзия дар бораи он, ки хромосомаҳо калиди дарки ирсият буда метавонанд, якчанд олимонро водор сохт, ки нашрияҳои Менделро тафтиш кунанд ва модели ӯро аз нуқтаи назари рафтори хромосомаҳо ҳангоми митоз ва мейоз дубора арзёбӣ кунанд.

Дар соли 1902 Теодор Бовери (1862—1915) мушохида кард, ки дар кирмакхои бахрй компонентхои ядрой (хромосомахо) инкишофи дурусти ҷанинро муайян мекунанд. Худи ҳамон сол Уолтер Саттон (1877–1916) ҳангоми мейоз ҷудошавии хромосомаҳоро ба ҳуҷайраҳои духтар мушоҳида кард. Якҷоя, ин мушоҳидаҳо боиси таҳияи назарияи хромосомии мерос гардид, ки хромосомаҳоро ҳамчун маводи генетикӣ барои мероси Менделӣ муайян кард.

Сарфи назар аз таносуби ҳатмии байни рафтори хромосомаҳо ҳангоми мейоз ва мушоҳидаҳои Мендел, назарияи хромосомавии мерос пеш аз он ки далелҳои мустақим дар бораи хромосомаҳо гузаронидани аломатҳо вуҷуд дошта бошанд, пешниҳод карда шуд. Томас Хант Морган (1866–1945) ва ҳамкасбони ӯ чанд сол барои анҷом додани салиб бо пашшаи мевагӣ, Drosophila melanogaster. Онҳо мушоҳидаҳои дақиқи микроскопии хромосомаҳои пашшаро анҷом доданд ва ин мушоҳидаҳоро бо хусусиятҳои пашша алоқаманд карданд. Кори онҳо аввалин далелҳои таҷрибавиро барои дастгирии назарияи хромосомавии мерос дар аввали солҳои 1900 -ум таъмин намуд. Дар соли 1915, Морган ва ҳамкорони ӯ "Утоқи парвоз" -ро нашр карданд Механизми мероси Менделиан, ки хромосомаҳоро ҳамчун сохторҳои мобилӣ, ки барои мерос масъуланд, муайян кардааст. Морган барои саҳми зиёди назарраси худ дар генетика дар соли 1933 ҷоизаи Нобел дар соҳаи физиология ва тибро гирифт.

Дар охири солҳои 1920-ум, Барбара МакКлинток (1902–1992) усулҳои рангкунии хромосомиро барои визуалӣ ва фарқ кардани хромосомаҳои гуногуни ҷуворимакка (ҷуворимакка) таҳия кард. Дар солҳои 1940 ва 1950, вай як ҳодисаи шикастаро дар хромосомаи 9 муайян кард, ки онро маҳалли ҷудошавӣ номид (Дс). Дс метавонад мавқеъро дар дохили хромосома тағйир диҳад. Вай инчунин макони фаъолкунандаро муайян кард (Ак). Дс шикастани хромосома метавонад тавассути як фаъол карда шавад Ак элемент (фермент транспозаза). Дар аввал, бозёфтҳои МакКлинток дар бораи ин генҳои ҷаҳиш, ки ҳоло мо онҳоро транспозонҳо меномем, аз ҷониби ҷомеаи илмӣ пазируфта нашуд. Танҳо дар солҳои 1960 ва баъдтар транспозонҳо дар бактериофагҳо, бактерияҳо ва Дрозофила. Имрӯз, мо медонем, ки транспозонҳо қисмҳои мобилии ДНК мебошанд, ки метавонанд дар дохили геноми организм ҳаракат кунанд. Онҳо метавонанд ифодаи генҳо, ифодаи сафедаҳо ва вируснокиро (қобилияти эҷоди беморӣ) танзим кунанд.

Микробҳо ва вирусҳо дар тадқиқоти генетикӣ

Микробиологҳо инчунин дар фаҳмиши мо дар бораи генетика нақши муҳим бозиданд. Организмҳои таҷрибавӣ ба монанди нахӯди боғи Мендел, пашшаҳои мевадори Морган ва ҷуворимаккаи МакКлинток аллакай барои кушодани роҳ барои фаҳмиши генетика бомуваффақият истифода шуда буданд. Бо вуҷуди ин, микробҳо ва вирусҳо системаҳои намунавӣ барои омӯзиши генетика буданд (ва ҳоло ҳам ҳастанд) зеро бар хилофи нахӯд, пашшаҳои мевагӣ ва ҷуворимакка онҳо дар лаборатория ба осонӣ паҳн мешаванд ва дар миқдори ками фазо ба зичии баланди аҳолӣ афзоиш меёбанд. ва дар як муддати кутох. Илова бар ин, аз сабаби соддагии сохторӣ, микробҳо ва вирусҳо ба осонӣ аз ҷиҳати генетикӣ идора карда мешаванд.

Хушбахтона, сарфи назар аз фарқиятҳои назарраси ҳаҷм, сохтор, стратегияи такрористеҳсолкунӣ ва дигар хусусиятҳои биологӣ, дар байни ҳама организмҳо ягонагии биохимиявӣ мавҷуд аст; Онҳо як молекулаи асосие доранд, ки барои ирсият ва истифодаи маводи генетикӣ барои додани ҳуҷайраҳо хусусиятҳои гуногуни онҳо масъуланд. Ба ибораи олими француз Жак Моно, «Барои чй дуруст аст E. coli барои фил низ дуруст аст," маънои онро дорад, ки биохимияи ҳаёт дар тӯли эволютсия нигоҳ дошта шудааст ва дар ҳама шаклҳои ҳаёт, аз организмҳои оддии якҳуҷайра то организмҳои калон ва мураккаб тақсим мешавад. Ин муттасилии биохимиявӣ микробҳоро моделҳои олие месозад, ки барои омӯзиши генетикӣ истифода мешаванд.

Дар як маҷмӯи таҷрибаҳо дар солҳои 1930 ва 1940 олими олмонӣ Йоахим Хаммерлинг (1901–1980) бо истифода аз алги якҳуҷайра Ацетабулярия ҳамчун модели микробӣ муайян кард, ки иттилооти генетикӣ дар ҳуҷайраи эукариотӣ дар дохили ядро ​​ҷойгир аст. Ацетабулярия spp. ҳуҷайраҳои ғайриоддии алгал мебошанд, ки ба таври асимметрӣ афзоиш ёфта, "пиёда" -и дорои ядроро ташкил медиҳанд, ки барои пайваст кардани субстрат истифода мешаванд; ғӯзапоя; ва cap-чатр монанд — сохторхое, ки хамаи онхоро бо чашми оддй дидан мумкин аст. Дар маҷмӯи аввали таҷрибаҳо, Ҳаммерлинг ё сарпӯш ё пои ҳуҷайраҳоро хориҷ кард ва мушоҳида кард, ки оё сарпӯшҳо ё пойҳои нав барқарор шудаанд (Расми (PageIndex{2})). Ӯ дарёфт, ки вақте ки пои ин ҳуҷайраҳоро бардоштанд, пойҳои нав калон намешаванд; вале хангоми аз хучайрахо баровардани cap-пушакхои нав баркарор карда шуданд. Ин нишон дод, ки иттилооти меросӣ дар пои дорои ядрои ҳар як ҳуҷайра ҷойгир аст.

Дар маҷмӯи дигари таҷрибаҳо, Ҳаммерлинг ду намуди онро истифода бурд Ацетабулярия ки морфологияҳои гуногун доранд, A. crenulata ва A. Миёназамин (Расми (PageIndex{3})). Ӯ аз ҳар ду намуди ҳуҷайраҳо сарпӯшро бурида, баъд аз он пайванд кард A. crenulata ба як A. Миёназамин пой ва баръакс. Бо гузашти вақт, ӯ мушоҳида кард, ки ҳуҷайраи пайвандшуда бо A. crenulata пой ва A. Миёназамин поя бо як cap кор карда баромада шуд A. crenulata морфология. Ва баръакс, ҳуҷайраи пайвандшуда бо A. Миёназамин пой ва A. crenulata поя бо як cap кор карда баромада шуд A. Миёназамин морфология. Вай мавҷудияти ядроҳоро дар пои ин ҳуҷайраҳо микроскопӣ тасдиқ карда, рушди ин морфологияҳои сарпӯшро ба ядрои ҳар як ҳуҷайраи пайвандшуда нисбат додааст. Ҳамин тариқ, ӯ ба таври таҷрибавӣ нишон дод, ки ядро ​​ҷойгиршавии маводи генетикӣ мебошад, ки хосиятҳои ҳуҷайраро дикта мекунад.

Боз як модели микробҳо, қолаби нони сурх Нейроспора, аз ҷониби Ҷорҷ Бидл ва Эдвард Татум барои нишон додани робитаи байни генҳо ва сафедаҳое, ки онҳо рамзгузорӣ мекунанд, истифода шудааст. Бидл дар лабораторияи Морган бо пашшаҳои мевагӣ кор карда буд, аммо онҳоро барои иҷрои баъзе намудҳои таҷрибаҳо хеле мураккаб донист. N. crassa, аз тарафи дигар, як организми соддатар аст ва дорои қобилияти афзоиш дар муҳити ҳадди ақал мебошад, зеро он дорои роҳҳои ферментативӣ мебошад, ки ба он имкон медиҳанд, ки аз ин восита барои тавлиди витаминҳо ва кислотаҳои аминокислотаи худ истифода баранд.

Бидл ва Татум қолабро бо нурҳои рентгенӣ барои тағир додани пайдарпайии кислотаҳои нуклеинӣ, ки мутатсия номида мешаванд, шуоъ карданд. Онҳо спораҳои қолаби шуоъшударо ҷуфт карданд ва кӯшиш карданд, ки онҳоро ҳам дар муҳити мукаммал ва ҳам дар ҳадди ақали миёна парвариш кунанд. Онҳо мутантҳоро ҷустуҷӯ карданд, ки дар муҳити мукаммал ба воя мерасанд, ки бо витаминҳо ва аминокислотаҳо илова карда шудаанд, аммо дар муҳити ҳадди ақали ин иловаҳо намерасанд. Чунин қолабҳо аз ҷиҳати назариявӣ мутатсия дар генҳоеро дар бар мегирифтанд, ки роҳҳои биосинтетикиро рамзгузорӣ мекарданд. Пас аз пайдо кардани чунин мутантҳо, онҳо ба таври мунтазам ҳар якеро озмоиш карданд, то муайян кунанд, ки кадом витамин ё кислотаи аминокислотаҳо тавлид карда наметавонанд (Расми (PageIndex{4})) ва ин корро дар соли 1941 нашр карданд.

Корҳои минбаъдаи Бидл, Татум ва ҳамкасбон нишон доданд, ки онҳо метавонанд синфҳои гуногуни мутантҳоро ҷудо кунанд, ки иловаи махсусро талаб мекунанд, ба монанди аминокислотаи аргинин (Расми (PageIndex{5})). Бо баъзе маълумот дар бораи роҳи биосинтези аргинин, онҳо се синфи мутанти аргининро бо роҳи илова кардани ҳадди ақали миёна бо миёнаравҳо (ситруллин ё орнитин) дар роҳ муайян карданд. Се мутант бо қобилияти афзоиш дар ҳар як васоити ахбор фарқ мекарданд, ки ин боиси он шуд, ки гурӯҳи олимон дар соли 1945 пешниҳод карданд, ки ҳар як намуди мутант дар генҳои дигар дар роҳи биосинтези аргинин камбудӣ дошта бошад. Ин ба гипотезаи ба истилоҳ як ген-як фермент оварда расонд, ки ҳар як ген як ферментро рамзгузорӣ мекунад.

Дониши минбаъда дар бораи равандҳои транскрипсия ва тарҷума олимонро водор сохт, ки онро ба фарзияи «як ген-як полипептид» аз нав дида бароянд. Гарчанде ки баъзе генҳо вуҷуд доранд, ки полипептидҳоро рамзгузорӣ намекунанд (балки барои РНК-ҳои интиқол [tRNAs] ё РНК-ҳои рибосомӣ [rRNAs] рамзгузорӣ мекунанд, ки мо баъдтар муҳокима хоҳем кард), гипотезаи як ген-як фермент дар бисёр ҳолатҳо дуруст аст, махсусан дар микробҳо. . Кашфи иртиботи байни генҳо ва хусусиятҳои мувофиқ Бидл ва Татум ба онҳо ҷоизаи Нобелро дар физиология ва тибби соли 1958 доданд ва аз он замон асоси генетикаи муосири молекулавӣ гаштанд.

Барои гирифтани маълумоти бештар дар бораи таҷрибаҳои Бидл ва Татум, ба ин вебсайт аз Маркази омӯзиши DNA муроҷиат кунед.

Машқи (PageIndex{2})

  1. Морган ва ҳамкорони ӯ барои таҳияи назарияи меросии хромосомӣ кадом организмро истифода бурданд? Онҳо кадом хислатҳоро пайгирӣ карданд?
  2. Хаммерлинг бо таҷрибаҳои худ чиро исбот кард Ацетабулярия?

ДНК ҳамчун молекулае, ки барои ирсият масъул аст

Дар ибтидои асри 20 дар бобати тавсифи ДНК ва муқаррар намудани асосҳои генетика, аз ҷумла мансубияти ирсият ба хромосомаҳои дар дохили ядро ​​мавҷудбуда корҳои зиёде анҷом дода шуда буданд. Бо вуҷуди ин ҳама таҳқиқот, танҳо дар асри 20 ин хатҳои тадқиқот ба ҳам наздик шуданд ва олимон фикр карданд, ки ДНК метавонад маводи генетикӣ бошад, ки наслҳо аз волидонашон ба мерос гирифта шудаанд. ДНК, ки ҳамагӣ чор нуклеотиди гуногун дорад, барои рамзгузории чунин иттилооти мураккаби генетикӣ аз ҷиҳати сохтор хеле содда ҳисобида мешуд. Ба ҷои ин, протеин дорои мураккабии зарурӣ аст, ки ҳамчун иттилооти генетикии ҳуҷайра хизмат кунад, зеро он аз 20 аминокислотаҳои гуногун иборат аст, ки метавонанд дар як қатор омехтаҳо якҷоя шаванд. Микробиологҳо дар тадқиқот нақши муҳим бозиданд, ки муайян карданд, ки ДНК молекула барои ирсият масъул аст.

Таҷрибаҳои тағирёбии Гриффит

Бактериологи бритониёӣ Фредерик Гриффит (1879–1941) шояд аввалин шахсе буд, ки нишон дод, ки иттилооти ирсӣ аз як ҳуҷайра ба ҳуҷайраи дигар ба таври уфуқӣ (байни аъзоёни як насл) интиқол дода мешавад, на ба таври амудӣ (аз волидайн ба насл). . Соли 1928 ӯ дар бораи аввалин намоиши табдилёбии бактерияҳо хабар дод, ки дар он ДНК-и беруна аз ҷониби ҳуҷайра гирифта мешавад ва ба ин васила хусусиятҳои онро тағир медиҳад.3 Вай бо ду штамм кор мекард Streptococcus pneumoniae, бактерияе, ки боиси пневмония мегардад: штамми ноҳамвор (R) ва штамми ҳамвор (S). Штамми R ғайрипатогенӣ буда, дар сатҳи берунии он капсула надорад; дар натиҷа, колонияҳо аз штамми R ҳангоми парвариш дар плитаҳо ноҳамвор ба назар мерасанд. Штамми S патогенӣ буда, берун аз девори ҳуҷайрааш капсула дорад ва ба он имкон медиҳад, ки аз фагоцитоз аз ҷониби системаи иммунии мизбон раҳо шавад. Капсулаҳо ҳангоми парвариш дар табақҳо колонияҳои штамми S ҳамвор мешаванд.

Дар як силсила таҷрибаҳо, Гриффит таъсири R зинда, S зинда ва S штаммҳои аз гармӣ кушташударо таҳлил кард. S. pneumoniae дар мушҳои зинда (Тасвири (PageIndex{6})). Вақте ки ба мушҳо штамми зиндаи S сӯзандору ворид карда шуданд, мушҳо мурданд. Вақте ки ӯ ба мушҳо штамми зиндаи R ё штамми аз гармӣ кушташудаи S-ро сӯзандору кард, мушҳо зинда монданд. Аммо вақте ки ӯ ба мушҳо омехтаи штамми зиндаи R ва штамми S аз гармӣ кушташуда сӯзандору кард, мушҳо мурданд. Ҳангоми ҷудо кардани бактерияҳои зинда аз муши мурда, ӯ танҳо штамми S-и бактерияҳоро барқарор кард. Вақте ки ӯ ин штамми ҷудошудаи S-ро ба мушҳои тару тоза ворид кард, мушҳо мурданд. Гриффит ба хулосае омад, ки чизе аз штамм S-и аз гармӣ кушташуда ба штамм R зинда гузашта, онро ба штамм S-и патогенӣ «табдил додааст»; вай инро «принципи дигаргунсозй» номид. Ин таҷрибаҳо ҳоло ҳамчун таҷрибаҳои табдилдиҳии Гриффит маъруфанд.

Соли 1944 Освальд Эвери, Колин Маклеод ва Маклин Маккарти ба омӯхтани принсипи тағирёбии Гриффит таваҷҷӯҳ зоҳир карданд. Онҳо штамми S-ро аз мушҳои мурдаи сироятшуда ҷудо карда, онро бо гармӣ куштанд ва ҷузъҳои гуногуни истихроҷи S-ро ғайрифаъол карда, омӯзиши систематикии бартарафкуниро анҷом доданд (Расми (PageIndex{7})). Онҳо ферментҳоеро истифода бурданд, ки махсусан сафедаҳо, РНК ва ДНК-ро вайрон мекунанд ва иқтибос S-ро бо ҳар яке аз ин ферментҳои инфиродӣ омехта карданд. Сипас, онҳо қобилияти дар натиҷаи ҳар як комбинатсияи иқтибос/ферментҳоро барои табдил додани штамм R санҷиданд, тавре ки афзоиши паҳншудаи штамм S дар васоити фарҳанг мушоҳида мешавад ва бо афзоиши визуалӣ дар плитаҳо тасдиқ карда шудааст. Онҳо дарёфтанд, ки ҳангоми таназзули ДНК, омехтаи ҳосилшуда дигар қодир нест, ки бактерияҳои штамми R-ро тағир диҳад, дар ҳоле ки ҳеҷ як табобати ферментативӣ натавонист трансформатсияро пешгирӣ кунад. Ин онҳоро ба хулосае овард, ки ДНК принсипи тағирёбанда аст. Сарфи назар аз натиҷаҳои онҳо, бисёр олимон хулосаи онҳоро қабул накарданд, ба ҷои он боварӣ доштанд, ки дар таркиби экстрактҳои онҳо ифлоскунандаҳои сафеда мавҷуданд.

Машқи (PageIndex{3})

Таҷрибаҳои Эвери, МакЛеод ва Маккарти чӣ гуна нишон доданд, ки ДНК принсипи тағирёбанда аст, ки бори аввал Гриффит тавсиф кардааст?

Ҳерши ва Чейз Исботи ДНК ҳамчун маводи генетикӣ

Алфред Ҳерши ва Марта Чейз дар соли 1952 таҷрибаҳои шахсии худро анҷом доданд ва тавонистанд далели тасдиқкунандаи он, ки ДНК, на сафеда, маводи генетикӣ аст (Расми (PageIndex{8})).4 Ҳерши ва Чейз як бактериофагро меомӯхтанд, вирусе, ки бактерияҳоро сироят мекунад. Вирусҳо одатан сохтори оддӣ доранд: пӯсти сафеда, ки капсид номида мешавад ва ядрои кислотаи нуклеинӣ, ки дорои маводи генетикӣ ё ДНК ё РНК мебошад (ниг. Вирусҳо). Бактериофаги махсусе, ки онҳо омӯхта буданд, бактериофаги T2 буд, ки сироят мекунад E. coli ҳуҷайраҳо. Тавре ки имрӯз мо медонем, T2 ба сатҳи ҳуҷайраи бактериявӣ пайваст мешавад ва сипас кислотаҳои нуклеини худро ба дохили ҳуҷайра ворид мекунад. ДНК-и фаг бо истифода аз дастгоҳи мизбон нусхаҳои сершумори худро месозад ва дар ниҳоят ҳуҷайраи мизбон таркида, миқдори зиёди бактериофагҳоро хориҷ мекунад.

Ҳерши ва Чейз пӯсти сафедаро дар як партияи фаг бо истифода аз сулфури радиоактивӣ қайд карданд, 35S, зеро сулфур дар аминокислотаҳои метионин ва систеин мавҷуд аст, аммо дар кислотаҳои нуклеинӣ нест. Онҳо ДНК-ро дар гурӯҳи дигар бо истифода аз фосфори радиоактивӣ қайд карданд, 32P, зеро фосфор дар ДНК ва РНК мавҷуд аст, аммо маъмулан дар сафеда нест.

Ба ҳар як гурӯҳи фаг иҷозат дода шуд, ки ҳуҷайраҳоро алоҳида сироят кунад. Пас аз сироят, Ҳерши ва Чейз ҳар як суспензияи бактериявии фагро ба блендер гузоштанд, ки қабатҳои фагро аз ҳуҷайраи мизбон ҷудо кард ва суспензияи ҳосилшударо дар центрифуга печонд. Ҳуҷайраҳои бактериявии вазнинтар ҷойгир шуда, донача ташкил карданд, дар ҳоле ки зарраҳои фагҳои сабуктар дар супернатант монданд. Дар найчае, ки сафедааш нишон дода шудааст, радиоактивӣ танҳо дар супернатант боқӣ монд. Дар найчае, ки ДНК дорад, радиоактивӣ танҳо дар ҳуҷайраҳои бактериявӣ ошкор карда шуд. Ҳерши ва Чейз ба хулосае омаданд, ки маҳз ДНК-и фаг ба ҳуҷайра ворид карда шудааст, ки иттилоотро барои тавлиди зарраҳои фагҳои бештар интиқол медиҳад ва ҳамин тавр исбот мекунад, ки ДНК манбаи маводи генетикӣ нест, на сафедаҳо. Дар натиҷаи кори онҳо, ҷомеаи илмӣ ДНК-ро ҳамчун молекулае, ки барои ирсият масъул аст, қабул кард.

То он даме, ки Ҳерши ва Чейз таҷрибаи худро дар аввали солҳои 1950-ум нашр карданд, микробиологҳо ва дигар олимон дар тӯли зиёда аз 80 сол ирсиятро таҳқиқ мекарданд. Такмили тадқиқоти якдигар дар он вақт ба тавофуқи умумӣ расид, ки ДНК маводи генетикӣ барои ирсият аст (Расми (PageIndex{9})). Ин дониш барои асри биологияи молекулавӣ ва пешрафтҳои назаррас дар биотехнология ва биологияи системавӣ, ки имрӯз мо аз сар мегузаронем, замина гузошт.

Барои гирифтани маълумоти бештар дар бораи таҷрибаҳо дар таърихи генетика ва кашфи ДНК ҳамчун маводи генетикии ҳуҷайраҳо, ба ин вебсайт аз Маркази омӯзиши DNA муроҷиат кунед.

Машқи (PageIndex{4})

Чӣ тавр Ҳерши ва Чейз микробҳоро барои исбот кардани ДНК маводи генетикӣ истифода бурданд?

Мафҳумҳои асосӣ ва мухтасар

  • ДНК хеле пеш аз фахмидани роли он дар ирсият кашф ва тавсиф карда шуда буд. Микробиологҳо дар нишон додани он, ки ДНК иттилооти ирсӣ дар дохили ҳуҷайраҳост, нақши муҳим бозиданд.
  • Дар солҳои 1850 ва 1860, Грегор Мендел бо нахӯди боғи ҳақиқӣ таҷриба кард, то нишон диҳад ирсият хусусиятҳои мушаххаси мушоҳидашаванда.
  • Соли 1869 Фридрих Мишер аз ядрои ҳуҷайраҳои сафеди хун пайвастагие, ки аз фосфор бой аст, ҷудо ва тоза кард; вай нуклеини мураккабро номид. Шогирди Мишер Ричард Алтман табиати туршии онро кашф карда, номи онро иваз кард кислотаи нуклеинӣ. Албрехт Коссел тавсиф намуд асосҳои нуклеотидҳо дар таркиби кислотаҳои нуклеинӣ пайдо мешаванд.
  • Гарчанде ки Уолтер Саттон ва Теодор Бовери пешниҳод карданд Назарияи хромосомавии мерос дар соли 1902 то нашри асари Томас Хант Морган ва хамкасбони у дар соли 1915 аз чихати илмй исбот карда нашуд.
  • Истифода ацетабулярия, як ҳуҷайраи калони алгал, ҳамчун системаи намунавии худ, Йоахим Хэммерлинг дар солҳои 1930 ва 1940 нишон дод, ки ядро ​​ҷойгиршавии иттилооти ирсӣ дар ин ҳуҷайраҳост.
  • Дар солҳои 1940-ум Ҷорҷ Бидл ва Эдвард Татум ин қолабро истифода бурданд Нейроспора нишон диҳад, ки истеҳсоли ҳар як сафеда дар зери назорати як ген буд, нишон медиҳад Гипотезаи "як ген-як фермент".
  • Дар соли 1928 Фредерик Гриффит нишон дод, ки бактерияҳои капсулшудаи мурда метавонанд маълумоти генетикиро ба бактерияҳои зиндаи ғайрикапсулшуда интиқол диҳанд ва онҳоро ба штаммҳои зараровар табдил диҳанд. Соли 1944 Освальд Авери, Колин Маклеод ва Маклин Маккарти ин пайвастагиро ҳамчун ДНК муайян карданд.
  • Табиати ДНК ҳамчун молекулае, ки иттилооти генетикиро нигоҳ медорад, дар таҷрибаи Алфред Ҳерши ва Марта Чейз, ки соли 1952 нашр шудааст, бешубҳа нишон дода шудааст. ДНК-и тамғагузоришуда аз вирусҳои бактериявӣ ворид шуда, ҳуҷайраҳои бактериявиро сироят карда, боиси пайдоиши зарраҳои вирусии бештар мегардад. Пӯстҳои сафедаи нишондодашуда дар интиқоли иттилооти генетикӣ иштирок накарданд.

Интихоби чандкарата

Фредерик Гриффит мушҳоро бо омезиши штаммҳои бактерияҳои мурдаи R ва зинда S сироят кардааст. Натиҷа чӣ буд ва чаро он рӯй дод?

A. Мушҳо зиндагӣ хоҳанд кард. Трансформатсия талаб карда нашуд.
B. Мушҳо мемиранд. Табдил додани маводи генетикӣ аз R ба S лозим буд.
C. Табдил додани маводи генетикӣ аз S ба R лозим буд.
D. Трансформатсия талаб карда нашуд.

Д

Чаро алга буд Ацетабулярия организми хуби намунавӣ барои Йоахим Ҳаммерлинг барои муайян кардани ҷойгиршавии маводи генетикӣ?

A. Дар он мембранаи ядроӣ мавҷуд нест.
B. Худаш бордор мешавад.
C. Ин як ҳуҷайраи калон, асимметрӣ ва ягона аст, ки бо чашми бараҳна дидан мумкин аст.
D. Он як капсиди сафеда месозад.

C

Кадоме аз инҳо натиҷаҳои таҷрибаи Ҳерши ва Чейзро бо истифода аз вирусҳои бактериявӣ бо беҳтарин тавсиф мекунад 35Протеинҳои бо аломати S ё 32ДНК-и бо аломати P гузошташуда, ки бо сафеда, ки молекулаи ирсӣ масъул аст, мувофиқат мекунад?

A. Пас аз сироят бо 35Вирусҳои тамғаи S ва центрифуга, танҳо пелет радиоактивӣ хоҳад буд.
B. Пас аз сироят бо 35Вирусҳои тамғаи S ва центрифуга, ҳам пелет ва ҳам супернатант радиоактивӣ хоҳанд буд.
C. Пас аз сироят бо 32Вирусҳои тамғаи P ва центрифуга, танҳо пеллет радиоактивӣ хоҳад буд.
D. Пас аз сироят бо 32Вирусҳои тамғаи P ва центрифуга, ҳам пеллет ва ҳам супернатант радиоактивӣ хоҳанд буд.

А

Морган ва ҳамкасбон кадом усулро истифода бурда, нишон доданд, ки иттилооти ирсӣ дар хромосомаҳо интиқол дода мешавад?

A. Пешгӯиҳои омории натиҷаҳои салиб бо истифода аз волидайни ҳақиқӣ
B. робитаи байни мушоҳидаҳои микроскопии ҳаракати хромосомаҳо ва хусусиятҳои насл
C. табдил додани бактерияҳои ғайрипатогенӣ ба бактерияҳои патогенӣ
D.-и мутатсияҳое, ки дар натиҷа дар роҳҳои ферментативии мубодилаи моддаҳо нуқсонҳои хос пайдо мешаванд

Б.

Мувофиқи гипотезаи Бидл ва Татум «як ген-як фермент», кадоме аз ферментҳои зерин табдили маводи ирсиро аз бактерияҳои патогенӣ ба бактерияҳои ғайрипатогениро бартараф мекунад?

А.Ферментхои вайронкунандаи карбогидрат
B. протеиназаҳо
C. рибонуклеазаҳо
D. дезоксирибонуклеазаҳо

Д

Бланкаро пур кунед

Элемент ____________ барои кислотаҳои нуклеинӣ дар муқоиса бо дигар макромолекулаҳо хос аст.

фосфор

Дар охири солҳои 1800-ум ва аввали солҳои 1900-ум, макромолекула, ки барои ирсият масъул буд, ______________ буд.

протеин

Ҷавоби кӯтоҳ

Чаро бактерияҳо ва вирусҳо барои омӯзиши гуногуни генетикӣ системаҳои хуби намунавӣ эҷод мекунанд?

Чаро кислотаи нуклеинӣ то даме ки молекулае, ки барои интиқоли иттилооти ирсӣ масъул аст, беэътиноӣ карда шуд?

Бактериофагҳо маводи генетикии худро ба ҳуҷайраҳои мизбон ворид мекунанд, дар ҳоле ки вирусҳои ҳайвонот ба ҳуҷайраҳои мизбон пурра ворид мешаванд. Чаро дар таҷрибаи Ҳерши-Чейз истифода бурдани бактериофаг муҳим буд, на вируси ҳайвонот?

Тафаккури интиқодӣ

Дар расми нишон додашуда, агар ядроҳо дар дохили ғӯзапоя мавҷуд бошанд Ацетабулярия, шумо аз пайвандҳои тасвиршуда кадом намуди сарпӯшҳоро интизор будед?

Чаро Ҳерши ва Чейз бо муайян кардани ДНК ҳамчун интиқолдиҳандаи ирсият ҳисобида мешаванд, гарчанде ки ДНК солҳои зиёд пеш аз ин кашф шуда буд?

Эзоҳҳо

  1. 1 J.G. Мендел. "Versuche über Pflanzenhybriden." Verhandlungen des naturforschenden Vereines дар Brünn, Bd. Абхандлунген 4 (1865): 3–7. (Барои тарҷумаи англисӣ ба http://www.mendelweb.org/Mendel.plain.html нигаред)
  2. 2 Г.В. Бидл, E.L. Татум. "Назорати генетикии реаксияҳои биохимиявӣ дар Нейроспора." Маҷмӯаҳои Академияи Миллӣ 27 нест. 11 (1941): 499–506.
  3. 3 Ф. Гриффит. «Аҳамияти намудҳои пневмококк». Маҷаллаи гигиена 27 нест. 2 (1928): 8–159.
  4. 4 AD. Ҳерши, М. Чейз. "Функсияҳои мустақили протеини вирусӣ ва кислотаи нуклеинӣ дар афзоиши бактериофагҳо." Маҷаллаи физиологияи умумӣ 36 нест. 1 (1952): 39-56.

Усули тааҷҷубовар "Сирри" сохтани линза, ки "Падари микробиология" пас аз 300 сол кашф кардааст.

Микроскоп, ки Антони ван Левенгук барои гузаронидани тадқиқоти пешқадам истифода кардааст, дорои линзаи аҷиби оддӣ мебошад, зеро тадқиқоти нави Rijksmuseum Boerhaave Leiden ва TU Delft нишон медиҳанд. Ин бозёфти аҷибест, зеро Ван Левенгук (1632-1723) дигар олимонро ба он бовар кард, ки асбобҳои ӯ истисноӣ буданд. Аз ин рӯ, дар тӯли беш аз се аср дар бораи усули сохтани линзаҳои ӯ тахминҳо вуҷуд доранд. Натиҷаҳои ин таҳқиқот дар интишор шудаанд Пешрафтҳои илм имрӯз (14 майи соли 2021).

Тадқиқоти қаблӣ, ки дар соли 2018 гузаронида шуда буд, аллакай нишон дод, ки баъзе микроскопҳои Ван Левенгук линзаҳои умумӣ доранд. Тадқиқотчиён ҳоло як намунаи махсусан калонкунандаро аз коллексияи Осорхонаи Донишгоҳи Утрехт тафтиш карданд. Гарчанде ки он дорои навъи дигари линза буд, тааҷҷубовар ин буд, ки усули сохтани линза маъмул буд.

Муҳаққиқи TU Delft Ламберт ван Эйҷк ва кураторҳо Тимен Коккут ва Аук Герритс аз Рийксмузей Боерхаве дар Институти реактори Делфт дар Нидерландия. Кредит: TU Delft

Пешрав, вале махфӣ

Бо микроскопҳои худ Антони ван Левенгук ҷаҳони нави пур аз ҳаёти дақиқаиро дид, ки ҳеҷ кас гумон намекард, ки вуҷуд дорад. Ӯ аввалин бор организмҳои якҳуҷайраро мушоҳида кард, бинобар ин ӯро падари микробиология меноманд. Ҷузъиёти мушоҳидаҳои ӯ бесобиқа буд ва танҳо пас аз як аср пас аз маргаш иваз карда шуд.

Ҳамзамонони ӯ ба линзаҳое, ки бо онҳо Ван Ливенгук тавонистааст, ба чунин корнамоиҳои ҳайратангез ноил шавад, хеле кунҷкоб буданд. Аммо Ван Левенгук дар ин бора хеле махфӣ буд ва ба он ишора кард, ки ӯ роҳи нави сохтани линзаҳоро пайдо кардааст. Ҳоло исбот мекунад, ки ин як фахри холӣ буд, ҳадди аққал то он даме, ки объективи Утрехт дахл дорад. Ин вақте равшан шуд, ки тадқиқотчиёни Rijksmuseum Boerhaave Leiden ва TU Delft микроскопи Утрехтро ба томографияи нейтронӣ дучор карданд. Он ба онҳо имкон дод, ки линзаро бидуни кушодани микроскопи арзишманд тафтиш кунанд ва дар ҷараёни он нобуд кунанд. Асбоб дар нури нейтронй дар Институти реактори Делфт гузошта шуда буд, ки ин симои сеченакаи линзаро дод.

Линзаҳои микроскопҳо аз рӯи усули Роберт Гук аз нав сохта шудаанд, ки Антони ван Левенгук низ онро барои микроскопҳои хеле калонкунандааш истифода мебурд. Кредит: Rijksmuseum Boerhaave/TU Delft

Глобули хурд

Ин линза рӯй як globule хурд, ва намуди он мувофиқ бо усули истеҳсоли маълум истифода дар вақти Ван Leeuwenhoek & # 8217s шуд. Эҳтимол, линза тавассути нигоҳ доштани як чӯбчаи шишагини тунук дар оташ сохта шуда буд, ба тавре ки нӯги он ба як тӯби хурд печид ва баъд аз асои шишагӣ шикаста шуд.

Ин усулро соли 1678 дигар микроскопшиноси бонуфуз, инглис Роберт Гук тавсиф карда буд, ки дигар олимонро ба ин кор илҳом бахшидааст. Ван Ливенгук низ шояд пешсафи худро аз Ҳук гирифта бошад. Кашфиёти нав аҷиб аст, зеро он дар асл Ҳук буд, ки хеле кунҷкобу бештар дар бораи усули Ван Левенгук "махфӣ" буд.

Тадқиқоти нав нишон медиҳад, ки Ван Ливенгук бо усулҳои оддии истеҳсоли линзаҳо натиҷаҳои фавқулодда ба даст овард.

Микроскопи Ван Левенгук, ки мавриди баррасӣ қарор дорад, моликияти Осорхонаи Донишгоҳи Утрехт. Кредит: Донишгоҳи Утрехт / Rijksmuseum Boerhaave / TU Delft


Омӯзише, ки сирри як раванди асосии ҳуҷайраро ошкор мекунад, китобҳои дарсии биологияро рад мекунад

Як ҳалқаи мӯй аз mRNA-и пешакӣ. Нуклеобазаҳо (сабз) ва сутуни рибоза-фосфат (кабуд) таъкид шудаанд. Аҳамият диҳед, ки ин як риштаи ягонаи РНК аст, ки ба худ бармегардад. Кредит: Воссман / Википедия

Тадқиқоти нав як раванди ҳуҷайраро муайян ва тавсиф кард, ки сарфи назар аз он ки дар китобҳои дарсӣ мегӯянд, то ба ҳол барои олимон номаълум боқӣ мондааст - маҳз чӣ гуна нусхабардории маводи генетикӣ, ки як бор оғоз шуд, дуруст хомӯш карда мешавад.

Бозёфт ба як раванди калидӣ барои ҳаёт дахл дорад: марҳилаи транскрипсияи ифодаи ген, ки ба ҳуҷайраҳо имкон медиҳад, ки зиндагӣ кунанд ва кори худро иҷро кунанд.

Ҳангоми транскрипсия, як фермент бо номи РНК полимераза худро дар атрофи спирали дукаратаи ДНК печонида, як риштаро барои мувофиқ кардани нуклеотидҳо барои сохтани нусхаи маводи генетикӣ истифода мебарад, ки дар натиҷа риштаи нав синтезшудаи РНК ҳангоми ба итмом расидани транскрипсия канда мешавад. Он РНК имкон медиҳад, ки сафедаҳо тавлид шаванд, ки барои тамоми ҳаёт муҳиманд ва аксари корҳоро дар дохили ҳуҷайраҳо иҷро мекунанд.

Мисли ҳар як паёми мувофиқ, RNA бояд дар ҷои дуруст оғоз ва қатъ карда шавад, то маънояш пайдо шавад. Протеини бактериявӣ бо номи Rho зиёда аз 50 сол пеш аз сабаби қобилияти боздоштани транскрипсия ё қатъ кардани он кашф шудааст. Дар ҳар як китоби дарсӣ Rho ҳамчун терминатори намунавӣ истифода мешавад, ки бо истифода аз қувваи хеле пурқуввати худ ба РНК мепайвандад ва онро аз полимеразаи РНК берун мекунад. Аммо аз наздик дида баромадани ин олимон нишон дод, ки Ро RNA-ро бо истифода аз механизми китоби дарсӣ озод карда наметавонад.

"Мо ба омӯзиши Rho шурӯъ кардем ва фаҳмидем, ки он наметавонад бо тарзе кор кунад, ки одамон ба мо мегӯянд, ки он кор мекунад" гуфт Ирина Артсимович, ҳаммуаллифи таҳқиқот ва профессори микробиология дар Донишгоҳи давлатии Огайо.

Тадқиқот, ки аз ҷониби маҷалла онлайн нашр шудааст Илм имрӯз, 26 ноябри соли 2020, муайян кард, ки ба ҷои пайваст шудан ба як порчаи мушаххаси РНК дар охири транскрипсия ва кӯмак кардан ба он аз ДНК, Ро воқеан дар тӯли транскрипсия дар полимеразаи РНК "автосток" мекунад. Rho бо сафедаҳои дигар ҳамкорӣ мекунад, то дар ниҳоят ферментро тавассути як қатор тағироти сохторӣ, ки бо ҳолати ғайрифаъол ба анҷом мерасад, имкон медиҳад, ки РНК озод кунад.

Даста микроскопҳои мураккабро барои ошкор кардани он, ки чӣ тавр Rho ба як комплекси пурраи транскрипсия иборат аст аз РНК полимераза ва ду сафедаи иловагӣ, ки дар тӯли транскрипсия бо он ҳаракат мекунанд, истифода бурд.

"Ин аввалин сохтори маҷмааи хотимавӣ дар ҳама гуна система аст ва бояд ба даст овардан ғайриимкон буд, зеро он хеле зуд пароканда мешавад" гуфт Арсимович.

"Он ба як саволи асосӣ ҷавоб медиҳад - транскрипсия барои ҳаёт муҳим аст, аммо агар онро назорат намекарданд, ҳеҷ чиз кор намекунад. Полимеразаи РНК бояд худ аз худ комилан бетараф бошад. Он бояд қодир бошад, ки ҳама гуна РНК, аз ҷумла онҳое, ки осеб дидаанд ё Ҳангоми саёҳат бо полимеразаи РНК, Ро метавонад бигӯяд, ки оё РНК-и синтезшуда барои сохтан арзанда аст ва агар не, Ро онро озод мекунад."

Арцимович дар бораи он ки чи тавр РНК полимераза транскрипцияро бомуваффакият ба анчом мерасонад, бисьёр кашфиёти мухим ба даст овард. Вай барои муқобила бо фаҳмиши солҳои зиёд дар бораи нақши Ро дар қатъ кардан қарор надод, то он даме, ки донишҷӯи донишгоҳ дар лабораторияи худ мутатсияҳои ҳайратангезро дар Ро ҳангоми кор дар лоиҳаи генетикӣ муайян кунад.

Маълум аст, ки Rho ифодаи генҳои вирусиро дар бактерияҳо хомӯш мекунад ва аслан онҳоро то даме ки барои сироят кардан лозим нашаванд, дар ҳолати хоб нигоҳ медорад. Аммо ин генҳо ягон пайдарпаии РНК надоранд, ки Rho маълум аст, ки онро афзалтар мепайвандад. Аз ин рӯ, гуфт Арсимович, ҳеҷ гоҳ маъно надошт, ки Ро танҳо пайдарпаии мушаххаси РНК-ро ҷустуҷӯ кунад ва ҳатто намедонад, ки онҳо то ҳол ба полимеразаи РНК пайвастанд ё на.

Дарвоқеъ, фаҳмиши илмии механизми Ро бо истифода аз таҷрибаҳои соддакардашудаи биохимиявӣ, ки аксар вақт полимеразаи РНК-ро тарк мекунанд, муайян карда шудааст, ки чӣ гуна раванд бидуни омил дар худи раванд ба анҷом мерасад.

Дар ин кор, муҳаққиқон микроскопияи крио-электрониро барои гирифтани тасвирҳои полимеразаи РНК дар қолаби ДНК дар Escherichia coli, системаи модели онҳо истифода бурданд. Ин визуализатсияи баландсифат дар якҷоягӣ бо ҳисобкунии баландсифат, моделсозии дақиқи қатъи транскрипсияро имконпазир сохт.

"Полимеразаи РНК ҳаракат мекунад ва ба садҳо ҳазор нуклеотидҳои бактерияҳо мувофиқат мекунад. Маҷмӯа хеле устувор аст, зеро он бояд бошад - агар РНК хориҷ шавад, он гум мешавад" гуфт Арсимович. «Бо вучуди ин, Рхо кодир аст, ки комплексро дар давоми якчанд дакика, агар сония набошад хам, вайрон кунад. Шумо метавонед онро бубинед, аммо барои тахлил комплекси устувор пайдо карда наметавонед».

Истифодаи усули оқилона барои ба дом афтодани комплексҳо ба олимон имкон дод, ки ҳафт комплексро тасаввур кунанд, ки қадамҳои пайдарпайро дар роҳи қатъшавӣ, аз ҳамбастагии Ро бо полимеразаи РНК сар карда, бо полимеразаи РНК ғайрифаъол анҷом медиҳанд. Даста дар асоси он чизе, ки диданд, моделҳо эҷод кард ва сипас боварӣ ҳосил кард, ки ин моделҳо бо истифода аз усулҳои генетикӣ ва биохимиявӣ дурустанд.

Гарчанде ки тадқиқот дар бактерияҳо гузаронида шуда бошад ҳам, Артсимович гуфт, ки ин раванди қатъшавӣ эҳтимол дар дигар шаклҳои ҳаёт рух медиҳад.

"Ба назар чунин мерасад, ки ин маъмул аст" гуфт ӯ. "Умуман, ҳуҷайраҳо механизмҳои якхелаи кориро аз аҷдоди умумӣ истифода мебаранд. Ҳамаашон ҳамон як ҳиларо омӯхтаанд, то даме ки ин ҳилаҳо муфид буданд."


10.1: Истифодаи микробиология барои кашф кардани асрори ҳаёт - Биология

Ҳама мақолаҳое, ки аз ҷониби MDPI нашр шудаанд, фавран дар саросари ҷаҳон таҳти иҷозатномаи дастрасии кушода дастрас карда мешаванд. Барои дубора истифода бурдани ҳама ё як қисми мақолаи аз ҷониби MDPI нашршуда, аз ҷумла рақамҳо ва ҷадвалҳо, иҷозати махсус талаб карда намешавад. Барои мақолаҳое, ки таҳти литсензияи дастрасии кушодаи Creative Common CC BY нашр шудаанд, ҳар як қисми мақоларо бидуни иҷозат дубора истифода бурдан мумкин аст, ба шарте ки мақолаи аслӣ возеҳ оварда шавад.

Ҳуҷҷатҳои Хуҷҷатҳо тадқиқоти пешрафтатаринро бо потенсиали назаррас барои таъсири баланд дар ин соҳа намояндагӣ мекунанд. Мақолаҳо бо даъвати инфиродӣ ё тавсияи муҳаррирони илмӣ пешниҳод карда мешаванд ва пеш аз интишор аз баррасии ҳамсолон мегузаранд.

Ҳуҷҷати бадеӣ метавонад ё мақолаи аслии тадқиқотӣ, як таҳқиқоти ҷиддии тадқиқотӣ, ки аксар вақт якчанд усулҳо ё равишҳоро дар бар мегирад ё як варақаи баррасии ҳамаҷониба бо навсозиҳои мухтасар ва дақиқ дар бораи пешрафти охирин дар ин соҳа, ки мунтазам пешрафтҳои ҷолибтаринро дар соҳаи илм баррасӣ мекунад, бошад. адабиёт. Ин намуди коғаз дурнаморо дар бораи самтҳои ояндаи тадқиқот ё барномаҳои эҳтимолӣ пешкаш мекунад.

Мақолаҳои Интихоби Муҳаррир ба тавсияҳои муҳаррирони илмии маҷаллаҳои MDPI аз саросари ҷаҳон асос ёфтаанд. Муҳаррирон шумораи ками мақолаҳоеро, ки ба наздикӣ дар маҷалла нашр шудаанд, интихоб мекунанд, ки ба назари онҳо барои муаллифон махсусан ҷолибанд ё дар ин соҳа муҳим хоҳанд буд. Мақсад ин аст, ки тасвири баъзе аз корҳои ҷолибтарин дар соҳаҳои гуногуни тадқиқоти маҷалла нашр карда шаванд.


Аксар вақт якҷоя харида мешаванд

Барраси

Ҳамчун як ҳикоянавис, тасаввуроти ман аз фаҳмишҳое, ки доктор Лифф ба ҷаҳони ботинии мо меорад ва асрори дар канори фаҳмиши мост. Забони махфии ҳуҷайраҳо нишон медиҳад, ки чӣ тавр ҷаҳони микро макроро инъикос мекунад, зинда бо қаҳрамонон ва бадкирдорон, шаклгарҳо ва фиребгарон, посбонони ҳушёр ва нозирони боваринок, ёвароне, ки барои манфиати умумӣ худкушӣ мекунанд ва ҷанговароне, ки рӯзро аз даст медиҳанд ё аз хастагӣ хароб мешаванд. Тадқиқоти ҷолиби Lieff ва aposs аз муколамаҳои ҳайратангез ва зангҳои возеҳ дар маркази иктишофӣ дар дохили он ҳайрат меорад.
Антония Феликс, муҳаррир, Вазорати корҳои хориҷӣ, муаллифи бестселҳои New York Times

Барраси

"Бо истифода аз мавзӯи умумии "сӯҳбатҳои мобилӣ" ин китоб фарогирии аҷиби мавзӯъҳои биологиро дар бар мегирад. Бо хориҷ кардани аксари "жаргонҳои ногузар" аз тавсифи худ, мутахассиси психиатрияи пиронсолон Лиефф муваффақ мешавад, ки ҳамкории мураккаби ҳуҷайраҳоро барои аксари хонандагон дастрас кунад. ."

&mdashБаррасиҳои интихоб

&ldquoЗабони махфии ҳуҷайраҳо моро ба як саёҳати ҳаяҷонбахш ба ҷаҳоне мебарад, ки дар он мо метавонем сӯҳбатҳои муфассалро байни ҳуҷайраҳои иммунӣ, ҳуҷайраҳои майна, ҳуҷайраҳои рӯда, бактерияҳо ва ҳатто вирусҳо тасаввур кунем. Доктор Лифф барои рисолаи худ мисолҳои фаровон меорад, ки ин сигнализатсияи ҳуҷайра асоси ҳаёт аст. Он барои ҳар касе, ки мехоҳад биологияи муосир ва илми пешрафтаи тиббиро фаҳмад, ҳатмист.&rdquo

&mdashРэй Курцвейл, ихтироъкор, муаллиф ва футуролог

&ldquoЗабони махфии ҳуҷайраҳо роҳҳои мураккаби муоширати ҳуҷайраҳои баданро шарҳ медиҳад ва парадигмаи навро барои фаҳмидани саломатӣ ва беморӣ пешниҳод мекунад. Он инчунин имкониятҳои нави табобат ва мусоидат ба табобатро пешниҳод мекунад. I&rsquom pleased that my former Harvard colleague, Jon Lieff, has written this important book.&rdquo

&mdashAndrew Weill, MD, director of the Andrew Weil Center for Integrative Medicine, professor at University of Arizona College of Medicine, and author

&ldquoThrough a brilliant synthesis of cellular biology, microbiology, immunology, and neuroscience, ДарSecret Language of Cells offers a lucid explanation of the marvelous intricacies of cellular life. The result is a masterful exploration of the profound implications of cellular intelligence for understanding pathophysiology, human health, and even our origins."

&mdashWilliam B. Miller, Jr., MD, physician, biologist, author of The Microcosm Within: Evolution and Extinction in the Hologenome, and internationally recognized expert on Cognition-Based Evolution

&ldquoJon Lieff&rsquos description of cellular communication is insightful, provocative, illuminating, and engaging and provides deep and novel observations into the remarkable symphony of how life happens. Mimicking the cellular world he describes, Dr. Lieff is the great communicator and muse of living things. An inspiring and informative read.&rdquo

&mdashTed Kaptchuk, professor of medicine at Harvard Medical School

&ldquoThis journey into the dynamic realm of cellular conversations is a tour-de-force&mdashfascinating, vital, and especially timely for understanding emerging viruses. As we learn about intelligence in smaller and smaller animals, it&rsquos not surprising that the tiniest creatures&mdashmicrobes and even viruses&mdashexhibit elaborate communication and complex decision making. Хондан The Secret Language of Cells!&rdquo

&mdashMarc Bekoff, PhD, professor emeritus of ecology and evolutionary biology at the University of Colorado, Boulder and author of Canine Confidential: Why Dogs Do What They Do

&ldquoThe Secret Language of Cells reveals how the micro world reflects the macro, alive with heroes and villains, shapeshifters and tricksters, vigilant guards and gullible bystanders, helpers that commit suicide for the common good and warriors that seize the day or collapse from exhaustion. Lieff&rsquos fascinating exploration inspires awe for the astonishing dialogues and clarion calls at the heart of the intelligence within.&rdquo

&mdashAntonia Felix, EdD, MFA, New York Timesbestselling author

&ldquoCalling all physicians, microbiologists, medical students, and fellow science enthusiasts&mdashyou&rsquore going to love The Secret Language of Cells!This book reveals fascinating ongoing conversations between cells, bacteria, and viral particles that provide the basis for understanding growth, development, healthy biology, and pathology. Perhaps more importantly, they provide the blueprint for novel interventions, treatments, and cures for ailments ranging from chronic inflammatory diseases, to cancers and even viral infections. The COVID-19 pandemic has focused the world&rsquos lens on the world of microbes like never before. Read this book and join the conversation.&rdquo

&mdashJill Grimes, MD, family physician, speaker, author, and educator

&ldquoThe Secret Language of Cells is ideal for the education of medical and science students, as well as for practicing physicians. Dr. Lieff&rsquos remarkable synthesis of the scientific literature provides a current view of the intricate communication systems determining our physiology. He clearly explains how conversations among cells are the bridge between immunology, neuroscience, microbiology, and cancer research.&rdquo

&mdashSharon Redd, MD, senior associate in anesthesia at Boston Children's Hospital and

assistant professor in anesthesia at Harvard Medical School

&ldquoIn ДарSecret Language of Cells, Dr. Lieff, brilliantly and effectively, communicates the complexities of modern biology to clinicians, and even laypeople, in understandable terms. In the process, he elucidates how communications between diverse varieties of cells determine our physical, mental, and emotional health, as well as the potential social implications.&rdquo

&mdashSanford Finkel MD, founder of AAGP, cofounder of IPA and APA Council on Aging, and clinical professor of Psychiatry at University of Chicago Medical School

&ldquoDr. Jon Lieff&rsquos The Secret Language of Cells is a tour-de-force . . . I highly recommend this fascinating book to science readers and anyone wanting to better understand the role and importance of cellular functions and communications in health and disease.&rdquo

&mdashGeorge T. Grossberg, MD, director of Geriatric Psychiatry for the Department of Psychiatry & Behavioral Neuroscience at Saint Louis University School of Medicine

&ldquoDr. Lieff has synthesized an extensive literature on the biological communications that underlie life into a highly accessible book. His integrative summary will appeal to a broad audience, from high school biology students to professionals with specific areas of expertise.&rdquo

&mdashBarnett Meyers, MD, professor emeritus at Weill Cornell Medical College of Cornell University

&ldquoThe Secret Language of Cells makes it possible for a healthy dialogue between biology and philosophy, a step closer to making a bridge between life-science and various monistic and non-dual philosophies.&rdquo

&mdashDr. Sthaneshwar Timalsina, professor for the Department of Religious Studies at San Diego State University

Дар бораи Муаллиф

Jon Lieff, MD, brings to bear 40 years as a nationally recognized neuro-psychiatrist, during which he was president of a national medical subspecialty organization, founded a major scientific journal, and was the medical director for 25 years of a large network of psychiatric care for the elderly. He was a pioneer in several medical fields—geriatric psychiatry, brain injury, computer applications in psychiatry, and the integration of medicine, psychiatry, and neurology.

Starting with an interest in brain cell communication, Dr. Lieff found similar signaling among all cells in nature. Five years ago, he established his acclaimed and popular scientific website, Searching for the Mind, about the topic of cellular communication. With weekly posts, he reviewed and synthesized the latest scientific literature in neuroscience and cell biology.


10.1: Using Microbiology to Discover the Secrets of Life - Biology

Ҳама мақолаҳое, ки аз ҷониби MDPI нашр шудаанд, фавран дар саросари ҷаҳон таҳти иҷозатномаи дастрасии кушода дастрас карда мешаванд. Барои дубора истифода бурдани ҳама ё як қисми мақолаи аз ҷониби MDPI нашршуда, аз ҷумла рақамҳо ва ҷадвалҳо, иҷозати махсус талаб карда намешавад. Барои мақолаҳое, ки таҳти литсензияи дастрасии кушодаи Creative Common CC BY нашр шудаанд, ҳар як қисми мақоларо бидуни иҷозат дубора истифода бурдан мумкин аст, ба шарте ки мақолаи аслӣ возеҳ оварда шавад.

Ҳуҷҷатҳои Хуҷҷатҳо тадқиқоти пешрафтатаринро бо потенсиали назаррас барои таъсири баланд дар ин соҳа намояндагӣ мекунанд. Мақолаҳо бо даъвати инфиродӣ ё тавсияи муҳаррирони илмӣ пешниҳод карда мешаванд ва пеш аз интишор аз баррасии ҳамсолон мегузаранд.

Ҳуҷҷати бадеӣ метавонад ё мақолаи аслии тадқиқотӣ, як таҳқиқоти ҷиддии тадқиқотӣ, ки аксар вақт якчанд усулҳо ё равишҳоро дар бар мегирад ё як варақаи баррасии ҳамаҷониба бо навсозиҳои мухтасар ва дақиқ дар бораи пешрафти охирин дар ин соҳа, ки мунтазам пешрафтҳои ҷолибтаринро дар соҳаи илм баррасӣ мекунад, бошад. адабиёт. Ин намуди коғаз дурнаморо дар бораи самтҳои ояндаи тадқиқот ё барномаҳои эҳтимолӣ пешкаш мекунад.

Мақолаҳои Интихоби Муҳаррир ба тавсияҳои муҳаррирони илмии маҷаллаҳои MDPI аз саросари ҷаҳон асос ёфтаанд. Муҳаррирон шумораи ками мақолаҳоеро, ки ба наздикӣ дар маҷалла нашр шудаанд, интихоб мекунанд, ки ба назари онҳо барои муаллифон махсусан ҷолибанд ё дар ин соҳа муҳим хоҳанд буд. Мақсад ин аст, ки тасвири баъзе аз корҳои ҷолибтарин дар соҳаҳои гуногуни тадқиқоти маҷалла нашр карда шаванд.


Could the secret of a long life be found in cheese?

Emmental cheese. Credit: Wikipedia

Suspected life-extending properties of homemade cheese and yoghurt from the Carpathian Mountains will be analysed at Abertay University in a bid to discover their biological secrets.

PhD researcher Kateryna Tkachencko has arrived at Abertay in Dundee to take advantage of the University's microbiology expertise, as she delves into the seemingly extraordinary yeasts in products from her home country of Ukraine.

For centuries, locals living across the East Carpathians, which stretch from the Czech Republic to Ukraine, have been creating fermented dairy products based on recipes handed down the generations.

Kateryna has been involved with studies from the Zabolotny Institute of Microbiology and Virology in Kiev, which have discovered an abnormally long life expectancy in the region - with the majority of the population living well into their 90s - and it is thought these foods could hold the key to such longevity.

Her research project will analyse interactions between yeasts and bacteria and study probiotic effects, with the ultimate hope that whatever seems to be causing the effect can be pinpointed and captured for use on a commercial level.

Having studied the phenomenon since 2014, Katya will now be at Abertay for three months thanks to a research grant from the Federation of European Microbiological Societies (FEMS).

She said: "It was chance conversation with one of my research supervisors in Kiev that alerted me to this interesting reaction and the project has grown from there.

"It is a completely new piece of research, and while I am here at Abertay I will be investigating the antagonistic activity that goes on between the yeast and bacteria in order to better understand the process.

"My previous research is in antibiotic resistance, so while not directly related there is a nice link there.

"These are homemade products that have never been produced on a commercial level so I am interested to discover more about them."

Dr Andrew Spiers, who will be supervising the project in Abertay's Microbial Ecology Laboratory, said the research was just one example of the fascinating work under way at the University.

He added: "At Abertay we are fortunate enough to have some of the best science courses in the UK at both undergraduate and postgraduate level and I'm delighted that Katya has chosen to visit us here.

"These yoghurts might be potential probiotics or reveal mechanisms that could prevent people becoming sick, so it is an exciting project to work on."


Маълумот дар бораи муаллиф

Present address: † Present address: Department of Biology, University of Waterloo, Waterloo, Ontario N2L 3G1, Canada.,

Мансубиятҳо

Department of Earth and Planetary Science, UC Berkeley, Berkeley, 94720, California, USA

Laura A. Hug, Karthik Anantharaman, Alexander J. Probst, Cindy J. Castelle, Cristina N. Butterfield, Brian C. Thomas & Jillian F. Banfield

Department of Marine Science, University of Texas Austin, Port Aransas, 78373, Texas, USA

Department of Plant and Microbial Biology, UC Berkeley, Berkeley, 94720, California, USA

Christopher T. Brown & Alex W. Hernsdorf

Sector of Decommissioning and Radioactive Wastes Management, Japan Atomic Energy Agency, Ibaraki 319-1184, Japan

Graduate School of Science, The University of Tokyo, Tokyo 113-8654, Japan

Department of Ecology and Evolutionary Biology, UC Santa Cruz, Santa Cruz, 95064, California, USA

Departments of Medicine and of Microbiology and Immunology Stanford University, Stanford University, Stanford, 94305, California, USA

Veterans Affairs Palo Alto Health Care System, Palo Alto, 94304, California, USA

Department of Environmental Science, Policy, and Management, UC Berkeley, Berkeley, 94720, California, USA

Kari M. Finstad, Ronald Amundson & Jillian F. Banfield

Шумо инчунин метавонед ин муаллифро дар PubMed Google Scholar ҷустуҷӯ кунед

Шумо инчунин метавонед ин муаллифро дар PubMed Google Scholar ҷустуҷӯ кунед

Шумо инчунин метавонед ин муаллифро дар PubMed Google Scholar ҷустуҷӯ кунед

Шумо инчунин метавонед ин муаллифро дар PubMed Google Scholar ҷустуҷӯ кунед

Шумо инчунин метавонед ин муаллифро дар PubMed Google Scholar ҷустуҷӯ кунед

Шумо инчунин метавонед ин муаллифро дар PubMed Google Scholar ҷустуҷӯ кунед

Шумо инчунин метавонед ин муаллифро дар PubMed Google Scholar ҷустуҷӯ кунед

Шумо инчунин метавонед ин муаллифро дар PubMed Google Scholar ҷустуҷӯ кунед

Шумо инчунин метавонед ин муаллифро дар PubMed Google Scholar ҷустуҷӯ кунед

Шумо инчунин метавонед ин муаллифро дар PubMed Google Scholar ҷустуҷӯ кунед

Шумо инчунин метавонед ин муаллифро дар PubMed Google Scholar ҷустуҷӯ кунед

Шумо инчунин метавонед ин муаллифро дар PubMed Google Scholar ҷустуҷӯ кунед

Шумо инчунин метавонед ин муаллифро дар PubMed Google Scholar ҷустуҷӯ кунед

Шумо инчунин метавонед ин муаллифро дар PubMed Google Scholar ҷустуҷӯ кунед

Шумо инчунин метавонед ин муаллифро дар PubMed Google Scholar ҷустуҷӯ кунед

Шумо инчунин метавонед ин муаллифро дар PubMed Google Scholar ҷустуҷӯ кунед

Шумо инчунин метавонед ин муаллифро дар PubMed Google Scholar ҷустуҷӯ кунед

Саҳмҳо

L.A.H. ва J.F.B. defined the research objective. L.A.H. generated data sets and conducted phylogenetic tree inferences. L.A.H., B.J.B. ва J.F.B. conducted data analysis. L.A.H., B.J.B., K.A., C.T.B., A.J.P., C.J.C., C.N.B., A.W.H., Y.A., K.I., Y.S., N.D., D.A.R., K.M.F., R.A., B.C.T. ва J.F.B. contributed to metagenome binning and genome analysis. L.A.H. ва J.F.B. wrote the manuscript with input from all authors. All authors read and approved the final manuscript.

Муаллиф


The secret life of microbes: A snapshot of molecules in a deep-sea symbiosis

Bathymodiolus mussels and other inhabitants of hydrothermal vents on the Mid-Atlantic Ridge off the coast of the Azores. Credit: MARUM - Center for Marine Environmental Sciences, University of Bremen

Mussels in the deep sea can only survive there thanks to symbiotic bacteria living inside of them. Researchers at the Max Planck Institute for Marine Microbiology in Bremen have now succeeded for the first time in simultaneously identifying individual bacteria in the symbiosis and measuring which metabolites they convert. This enables a new understanding of many biological processes. The researchers now present their results in Микробиологияи табиат.

Bacteria in our environment can be difficult to study: They are tiny and often live under conditions hard to recreate in the lab, for example in the deep sea or as symbionts in an animal host (or both, as the symbiotic bacteria in the present study). Investigations of the bacterial genome tell us what the microbes are theoretically capable of. What they actually do, however, is not revealed. Thus, scientists study the so-called metabolome of the bacteria: It comprises every metabolite the cells produce or consume, for example proteins, sugars or fats.

A team of researchers around Benedikt Geier and Manuel Liebeke from the Max Planck Institute for Marine Microbiology in Bremen has now developed a method to identify individual bacteria and at the same time determine which metabolites are present in the cells. With the new method they investigate how bacteria live and survive as symbiotic tenants in deep-sea mussels. Liebeke and his group analyzed hundreds of metabolic products on an area smaller than one square millimeter. This enables them to understand how the symbiotic microbes live and communicate in their host. "We virtually take a snapshot of bacteria at work—just as it functions in its natural environment, here within a single animal cell," says Liebeke. "And we can do this with an impressive resolution of a few micrometers, about ten times thinner than a human hair."

Snap-frozen for the best snapshot: Not just what is happening, but also who is involved!

"For our analyses, we use mussel tissue that has been snap-frozen and can thus be cut into wafer-thin slices," Benedikt Geier explains. "From these slices, we take a snapshot of the chemical compounds of the cells using a special mass spectrometry technique called MALDI-MS imaging. When analyzing this snapshot in detail, we are able to distinguish many different metabolites on a very small area." They provide information about which metabolites the bacteria use for what purpose and how they cohabit with their mussel host. In addition to the MALDI-MSI at the Max Planck Institute in Bremen, Liebeke and his team used a new MS imaging prototype at the Justus Liebig University in Gießen in close cooperation with Professor Spengler, which enabled particularly high-resolution insights.

Correct conclusions from the images of the metabolites are only possible if we also know who produces or uses them. "To date, we have only been able to measure the metabolites," explains Geier, "but we did not know whether any bacteria were involved and if so, which ones." To solve this prob lem, the researchers added a second technique, the so-called fluorescence in situ hybridization, or FISH, to identify individual bacterial cells in the same sample. "The combination with FISH was the key for us to interpret the high-resolution MALDI-MS images in a meaningful way and correlate them with the bacteria in the mussel tissue."

Metabolite distributions shown as a heatmap on the upper left part of the picture: The brighter the color, the higher the metabolite concentration (microscopy-MSI mockup for illustration). The lower right side of the picture displays microscopic details of the microbes (in red and green) and the mussel's nuclei (cyan). Credit: Max Planck Institute for Marine Microbiology / Benedikt Geier

From the deep sea, now on camera

For the present study, Geier and his colleagues used samples from black smokers in the deep sea—towering chimneys where hot, mineral-rich water gushes out of the seafloor. Animals and bacteria can only survive there in symbiotic community. Geier investigates the coexistence of bacteria and mussels, in particular the close linkage of their metabolism, as part of his Ph.D.-thesis. With the new method, he was able to show that the composition of lipids in the mussel differs significantly in body regions with and without bacterial tenants. "Up to now, we were not able to gain such insights as the samples were homogenized, that is virtually blended, before analysis," Geier explains. "Moreover the fact that our method works on samples coming directly from the environment and not from the lab underlines its great potential," he continues.

Benedikt Geier on board the research vessel FS Sonne, enjoying a view of his research objects -- buckets full of deep-sea mussels after they were brought up to the surface. Credit: Marie Heidenreich

All plants and animals as well as us humans live in association with microorganisms, sharing metabolites through close interactions. "Applying this method in other host-microbe interactions will allow for many exciting new insights into the secret life of microbes. I am curious to see whether we can use this imaging approach for looking into the shared chemistry between microbes and organs in whole animals. There is still a lot to discover."


Видеоро тамошо кунед: Физиология Микроорганизмов (Ноябр 2022).