معلومة

خلايا استعمارية توضح تخصص الخلية

خلايا استعمارية توضح تخصص الخلية


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.

هل هناك أي أمثلة حية للمستعمرات الخلوية تظهر تخصصًا خلويًا بدائيًا جدًا؟ إذا كان الأمر كذلك ، فماذا نعرف عن كيفية استيعابهم؟ ما مدى استقلالية الخلايا الفردية وماذا نعرف عن سلوكها (على سبيل المثال ، ربما تهاجر إلى مستعمرات مختلفة في مناطق قريبة معينة)؟


ربما ليس ما تبحث عنه ولكن العفن الوحل من الأوالي قرص ديكتيوستيليوم تعيش كأميبا حرة يمكن أن تتحد في سبيكة مهاجرة متعددة الخلايا تشكل في النهاية جسمًا مثمرًا تشكل فيه بعض الخلايا ساقًا بينما تشكل خلايا أخرى جراثيم.

يتم تشكيل البزاقة عن طريق الإشارات الكيميائية باستخدام AMP الدوري كإشارة. يبدو أنني أتذكر أن هناك نوعًا مفترسًا من العفن الوحل يستخدم cAMP لجذبها D. discoideum كفريسة ، لكن لا يمكنني تذكر الاسم وفشلت في العثور عليه عبر الإنترنت.


يقترح العلماء نموذجًا جديدًا لتخصص الخلايا

طور علماء الرياضيات في المدرسة العليا للاقتصاد نموذجًا يشرح كيف ينشأ تخصص الخلية في سياق قيود الموارد. تم نشر النتائج في بلوس واحد مجلة.

يتجلى تقسيم العمل والتخصص الوظيفي للخلايا على مستويات مختلفة من التنظيم الخلوي. حتى في الكائنات الحية متعددة الخلايا البسيطة (على سبيل المثال ، البكتيريا الزرقاء ، والبكتيريا الفطرية ، والخميرة متعددة الخلايا) ، يمكن ملاحظة التخصص من نوعين: جسدي ، عندما تكون الخلايا مسؤولة عن الحيوية ، والتكاثر ، عندما تكون الخلايا مسؤولة فقط عن التكاثر. إن السؤال عن كيفية حدوث تخصص الخلايا هو موضع اهتمام ليس فقط لعلماء الأحياء ، ولكن أيضًا لعلماء الرياضيات الذين يبنون نماذج للعمليات البيولوجية. ومع ذلك ، فإن العديد من نماذج التخصص المستخدمة في علم الأحياء التطوري لوصف العمليات التي تحدث في أبسط الكائنات متعددة الخلايا بها عدد من أوجه القصور. على سبيل المثال ، لا يأخذون في الاعتبار تأثير البيئة على النظام.

في مقال بعنوان "نمذجة التخصص الوظيفي لمستعمرة خلوية تحت معدلات خصوبة وحيوية مختلفة وقيود على الموارد" ، اقترح علماء من المدرسة العليا للاقتصاد وجامعة كيبيك في مونتريال نموذجًا يشرح الظروف التي ينشأ فيها التخصص الخلوي. قيود المصادر.

أحد النماذج الأكثر شيوعًا اليوم ينتمي إلى ريتشارد ميتشود. يفترض أن الخلايا المتطابقة تظهر نفس الدرجة من الصلاحية والخصوبة. "هذا التوزيع المثالي للخلايا يصعب تخيله في الأنظمة الحية. بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكن للنظام أن يوجد بمعزل لأنه يتأثر دائمًا بالبيئة" ، كما يقول فؤاد اليسكيروف ، الأستاذ في المدرسة العليا للاقتصاد. "يوضح نموذجنا أنه من حيث قيود الموارد ، يحدث التخصص لمساعدة الجسم بأكمله على أن يكون أكثر كفاءة في ظل المعايير البيئية الحالية."

اعتبر الباحثون نموذجًا يتطلب كمية مختلفة من الموارد لأداء الوظائف الجسدية والإنجابية (من أجل البساطة ، يتم التعامل مع ضوء الشمس كمورد).

افترض أنه من أجل أداء وظيفة جسدية ، يحتاج الجسم إلى 1 جول (J) ، بينما لأداء الوظيفة التناسلية ، يلزم وجود 5 J. المدخلات من البيئة الخارجية هي 4 J. في هذه الحالة ، ستتخصص الخلايا بطريقة تضمن أن النظام بأكمله يعمل بشكل فعال. سيزداد عدد الخلايا المسؤولة عن البقاء لأنها تحتاج إلى طاقة أقل. إلى أي مدى يتوافق هذا النموذج مع الواقع يظل سؤالاً يتعين على علماء الأحياء التحقق منه.

بالإضافة إلى النظر في قيود الموارد العامة ، يأخذ النموذج المقترح في الاعتبار الجوانب الأخرى لبيولوجيا الكائنات الأولية متعددة الخلايا ، كما يقول دينيس تفرسكوي ، طالب دراسات عليا في المدرسة العليا للاقتصاد. على وجه الخصوص ، يأخذ النموذج في الاعتبار معلمات أهمية الوظائف التناسلية والجسدية لفعالية الكائنات الحية. تظهر التجارب البيولوجية أنه في بعض أنواع البيئات قد تكون الوظيفة الجسدية أكثر أهمية من غيرها. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح النموذج بإمكانية التمايز الأولي للخلايا ، والذي يحدث في مرحلة التطور الجنيني نتيجة لعمل جينات تنظيمية خاصة أو محفزات كيميائية خارجية.


الخلايا الجذعية والبيولوجيا الضامة

عمل فريق Michael Sieweke هو واجهة علم المناعة ودراسة الخلايا الجذعية ، وهي خلايا يمكنها تجديد نفسها والتمايز إلى العديد من أنواع الخلايا. هناك آمال كبيرة في أن الخلايا الجذعية قد تحدث ثورة في الطب في المستقبل. وتستند هذه الآمال على فكرة أن هذه الخلايا غير الناضجة "المترددة" يمكن إقناعها بتكوين أعداد كبيرة من أي نوع معين من الخلايا في الجسم لخدمة غرض علاجي.

من خلال العمل على الخلايا الجذعية المكونة للدم ، وهي السلائف لجميع خلايا الدم لدينا ، اكتشف الفريق أن قرار هذه الخلايا بالتطور إلى نوع معين من خلايا الدم بدلاً من نوع آخر ليس عشوائيًا ولكنه تحت تأثير العوامل الخارجية والاستقبال الداخلي. قد توفر النتائج التي توصلوا إليها إمكانيات جديدة للتأثير على اختيار الخلايا المكونة للدم ، وربما الخلايا الجذعية الأخرى.

كما طرح الفريق مؤخرًا تساؤلات حول النموذج القائل بأنه بمجرد أن تصبح الخلية متخصصة ، فإنها تفقد قدرتها على التكاثر. لكن مع تغيير جيني صغير ، تمكنوا من إنماء خلايا بالغة وظيفية لفترات طويلة. قد يتخذ الطب التجديدي الخطوة التالية من خلال توسيع الخلايا الناضجة مباشرةً دون المرور بوسائط الخلايا الجذعية!

من باب المجاملة مراجعات الطبيعة علم المناعة.

من السهل أن نرى أن أجسامنا تتكون من أنواع مختلفة من الخلايا. من الواضح أن خلايا الجلد تختلف عن تلك الموجودة في العين ، وحتى إذا كانت مخفية عن الأنظار ، فإن المرء لا يزال مختلفًا عن خلايا الكبد أو الدماغ. لكن في البداية ، بدأ كل شيء بخلية واحدة ، أم كل خلايا الجسم! حتى المراحل المبكرة جدًا من التطور الجنيني ، يمكن عزل الخلايا التي يمكن أن تؤدي إلى ظهور أي نوع من الخلايا في الجسم وتشكيل كائن حي كامل. هذه الخلايا الجذعية متعددة القدرات ، وهي مهمة جدًا للبحث والتطبيقات ، يمكن أن تنمو تقريبًا إلى أجل غير مسمى في المزرعة.

مع نمو الجسم ونضج الخلايا ، تفقد هذه القدرات المفيدة. ومع ذلك ، لا يزال من الممكن العثور على الخلايا الجذعية لدى البالغين. ومع ذلك ، فهي بالفعل أكثر تخصصًا قليلاً ، ولا تنتج سوى مجموعة الخلايا التي تساهم في تكوين نسيج و / أو أعضاء واحدة: الكبد والجلد والدماغ والدم. لا يمكن أيضًا تضخيم هذه الخلايا الجذعية متعددة القدرات في المزرعة ولكنها أدت بالفعل إلى تطبيقات سريرية مهمة ، على سبيل المثال لخلايا الدم الجذعية.

سيتطلب أي استخدام للخلايا الجذعية توجيه نموها إلى الخلايا الناضجة المرغوبة. إذن ما هي الإشارات التي تؤدي إلى تمايز الخلايا الجذعية في أحد الاتجاهات العديدة الممكنة؟ للإجابة على هذا السؤال القديم في علم الأحياء ، كان مايكل سيوك يدرس تمايز الخلايا الجذعية المكونة للدم ، أسلاف جميع خلايا الدم لدينا.

اذهب لتصبح خلية دم بيضاء!

حتى في الكائن البالغ ، يحتفظ الجهاز المناعي بالقدرة على إنتاج خلايا مناعية جديدة باستمرار ، والتي تمكنه من الاستجابة بمرونة للتحديات البيئية المتغيرة بشكل دائم ، مثل العدوى أو الإصابة. وبالتالي ، يتم استبدال جميع خلايا الدم المتخصصة بشكل مستمر من الخلايا الجذعية المكونة للدم ، وهي مجموعة صغيرة من السلائف الشائعة الموجودة في نخاع العظام. بدراسة هذه الخلايا في زراعة الخلايا وفي الفئران ، اختار Michael Sieweke هذا النموذج لمحاولة كشف أسرار التمايز.

يمكن لفريق Michael Sieweke إظهار أن تمايز الخلايا الجذعية ليس عشوائيًا ولكنه يعتمد على كل من الإشارات الخارجية والداخلية للخلايا. أظهر الفريق أن تعطيل MafB ، وهو عامل جوهري للخلية يتحكم في التعبير الجيني جنبًا إلى جنب مع إشارة من البيئة (السيتوكين المعروف باسم M-CSF) أدى إلى تمايز الخلايا الجذعية المكونة للدم في النسب النخاعي للجهاز المناعي (مما أدى إلى ظهور الخلايا الحبيبية والوحيدات ، وهي مجموعة فرعية من خلايا الدم البيضاء ذات القدرات الخاصة لمحاربة الميكروبات).

أصبح هذا الاكتشاف ممكنًا ، لأن مايكل سيوك كان قادرًا على ملاحظة ولادة أول خلية ابنة من السلالة: "مع تسمية تحدد الخلايا النخاعية على وجه التحديد ، لاحظنا على نطاق خلية واحدة ، اللحظة بالضبط عندما يتغير الأخير مصيرهم ".

يمكن أن يحل هذا الاكتشاف الأساسي أحد تحديات الطب التجديدي: إتقان التمايز المتحكم فيه للخلايا الجذعية. كما يمكن أن يلقي ضوءًا جديدًا على اللوكيميا ، حيث "تنس" الخلايا الجذعية غير الطبيعية الانخراط في عملية تمايز ، وتتكاثر إلى أجل غير مسمى في حالة الخلية "الأم" الانتقالية هذه عادةً وتهرب من العلاج.

تضخيم الخلايا بدون الخلايا الجذعية؟

للحصول على أعداد كبيرة من الخلايا العلاجية المرغوبة ، هل يجب أن يمر الطب التجديدي عبر مسار الخلايا الجذعية؟ حتى وقت قريب كانت الإجابة نعم ، ولكن مرة أخرى ، قد يغير اكتشاف الفريق هذا الأمر.

بمجرد اكتساب التخصص ، تفقد الخلايا قدرتها على التكاثر ، وذلك ببساطة لأن الجسم لا يحتاج إلى عدد لا حصر له من الخلايا المتخصصة. وبالتالي ، فإن القدرة على التجديد الذاتي والتخصص الوظيفي تعتبر منذ فترة طويلة غير متوافقة ، "دائمًا ما يُنظر إلى الخلية المتمايزة التي تتكاثر على أنها مشكلة محتملة لأنها عادةً ما تكون مرادفًا للسرطان ، " يقول مايكل سيويكي. "ومع ذلك ، فقد تحدنا هذه العقيدة: لقد أظهرنا أنه من الممكن أن تنقسم الخلية على المدى الطويل في حالة متباينة ، دون أي علامات على التحول السرطاني ، أو فقدان الوظائف المرتبطة بتخصصها."

لتحقيق ذلك ، قام الفريق بإجراء هندسة وراثية لخلايا الفئران الضامة ، وهي خلايا متمايزة من سلالة النخاع الشوكي. من خلال تعطيل عاملين (c-Maf و MafB) في نفس الوقت يتحكمان في تكاثر الخلايا في البلاعم الفأرية ، استعادوا قدرتها على الانقسام إلى أجل غير مسمى في الثقافة دون المساومة على الميزات التي تجعلها الضامة.
والأكثر إثارة للدهشة ، أنه بعد التوسع الطويل في الثقافة ، يمكن زرع الضامة الناقصة لـ MafB و c-Maf في الفئران ، حيث لم تعد تتكاثر ولا تشكل أورامًا. والأفضل من ذلك ، أنها تندمج في أنسجتها المضيفة بطريقة حسنة التصرف وتساهم في حماية الحيوانات من الالتهابات البكتيرية ، مما يدل على أنها احتفظت بوظائفها في كائن حي كامل.

الضامة الناضجة MafB و c-maf هي خلايا ناضجة متخصصة تحتفظ بالقدرة على استيعاب الميكروبات لكنها اكتسبت خاصية مذهلة للانقسام إلى أجل غير مسمى في الثقافة: الخلايا تبتلع حبات الفلورسنت (الدوائر الحمراء) بينما تنقسم باستمرار في الثقافة (الأسهم الخضراء). حقوق النشر M Sieweke، CIML.


"إنها ثورة صغيرة!" متحمس لمايكل سيويكي ، "تخيل أنه في المستقبل القريب ، يمكننا تحديد العوامل المكافئة لـ MafB و c-Maf ليس في الضامة ، ولكن في الخلايا المخصصة للتحكم في خلايا الجسم الأخرى. يمكن بعد ذلك تعطيل هذه العوامل في جزء صغير عينة من الخلايا ، مضروبة في المزرعة ثم حقنها مباشرة في العضو المعيب للمريض لإصلاحه. لا حاجة لزرع الأعضاء أو الخلايا الجذعية! من الواضح أنه لا يزال هناك الكثير الذي يتعين القيام به لتحقيق هذا الحلم. أولاً ، لا يزال يتعين علينا القيام بذلك أظهر أن هذا النهج يعمل في البشر وأنواع الخلايا الأخرى. "


مخطط الدرس

مناقشة الواجب المنزلي (افعل قدر ما يسمح به الوقت)
راجع الأسئلة التالية:

  1. ما هو التعبير الجيني؟ | نسخ الجين إلى mRNA وترجمة mRNA إلى بروتين.
  2. ما هي النسخ والترجمة؟ | يمكن للطلاب تذكر ترتيبهم من خلال التفكير في لفيفة تحتوي على نص قديم. يمكن للباحثة كتابة نص حيث تقوم بتدوين اللغة القديمة (DNA) إلى لغة حديثة (RNA) ، على سبيل المثال الإيطالية. بعد ذلك ، يمكن للمترجم أن يترجم من الإيطالية (RNA) إلى الإنجليزية (بروتين) ويقرأها لك بصوت عالٍ.
  3. ما هو الفرق بين الخلايا الجذعية الجنينية وخلايا الدم الجذعية؟ في النهاية ، لديهم جينات مختلفة يتم التعبير عنها ، مما يؤدي إلى اختلاف في أنواع البروتينات التي تتكون منها الخلايا الجذعية الجنينية أو الدم. تتأثر الخلية ببيئتها المباشرة ، مما يؤدي إلى تغيير التعبير الجيني وبالتالي سلوكها. تطورت الخلايا الجذعية الجنينية والخلايا الجذعية للدم وتستقر في بيئات مختلفة وتحافظ عليها كخلايا جذعية يمكنها إنتاج أنواع متعددة من الخلايا الوليدة. تختلف الخلايا الجذعية الجنينية والبالغة (مثل خلايا الدم الجذعية) في الدرجة التي يمكن أن تنتج بها أنواعًا أخرى من الخلايا (تسمى الإمكانية أو اللدونة). يمكن أن تنتج الخلايا الجذعية الجنينية كل خلية في الجسم ، في حين أن خلايا الدم الجذعية يمكن أن تصبح نظام الدم فقط. بمعنى آخر ، الخلايا الجذعية الجنينية هي متعدد القدرات وخلايا الدم الجذعية متعدد القدرات.

راجع أسئلة الواجب المنزلي ، وارسم صورة تتحكم فيها البيئة الدقيقة في مصير الخلية. حتى أن البيئة المكروية تحافظ على الخلية الجذعية هادئة أو "هادئة" - لا تنقسم أو تفرق أو تهاجر. في الواقع ، هناك عوامل متعددة تدفع سلوك الخلية ويمكن تنظيمها في أحداث خارج الخلية (البروتينات وعوامل النمو والهرمونات والمواد الكيميائية ومستويات الأكسجين) ، والخلايا المجاورة ، والبيئة المادية (تكوين وهيكل بروتينات المصفوفة خارج الخلية مثل الكولاجين) ، والقوى الفيزيائية (ضغط ، إطالة ، إلخ). غالبًا ما يطلق على البيئة المكروية للخلايا الجذعية مكانة موازية للمكانة البيئية.

عرض الرسوم المتحركة من الخلايا الجذعية الموضحة: برنامج تعليمي تفاعلي (جامعة ميشيغان)
تخصص الخلية

عرض الرسوم المتحركة التالية من شرح الخلايا الجذعية
الخلايا الجذعية البالغة

شاهد الرسوم المتحركة من مركز Riken لعلم الأحياء التنموي
الخلايا الجذعية في جسم البالغين - اختر الرسوم المتحركة رقم 3

العب نشاطًا يشبه عرض الألعاب من الوحدة الرابعة لإظهار فاعلية خلايا الدم الجذعية.
"الخلية صحيحة" - نشاط شجرة نسب خلايا الدم الجذعية

بعد النشاط ، اطلب من الطلاب البحث عبر الإنترنت أو في المكتبة:

  1. لماذا يوجد العديد من أنواع خلايا الدم؟ | أدى هذا النشاط إلى تبسيط نظام الدم ، فهناك العديد من أنواع خلايا الدم المتوسطة والنهائية. كل منهم لديه وظيفة محددة وحاسمة في الحفاظ على نظام الدم.
  2. اختر أربع خلايا داخل شجرة النسب. صِف بالتفصيل ما يفعله كل فرد واشرح / ارسم مخططًا لحياتهم من خلايا الدم الجذعية الأصلية.
  3. اختر واحدًا مما يلي: الخلايا الليمفاوية ، خلايا الدم الحمراء ، الخلايا اللمفاوية التائية ، الخلية القاتلة الطبيعية. ابحث عن مرض متعلق بتلك الخلية واشرح الدور الذي تلعبه هذه الخلية.

كصف ، ناقش النتائج. يجب أن ينشأ موضوع السرطان:

  1. ما هو السرطان؟ | تكتسب الخلية طفرات جينية وتكون في بيئة مكروية تعزز الانتشار غير الطبيعي والتمايز والهجرة.
  2. توضح فرضية الخلايا الجذعية السرطانية أن الطفرات أو التنشيط الجيني للتجديد الذاتي ("الجذعية") ينتج خلايا جذعية سرطانية من الخلايا الجذعية الطبيعية. في حالات نادرة ، يمكن أن تصبح الخلية المتمايزة خلية جذعية سرطانية:

واجب منزلي - يمكن للمدرس اختيار القراءات المناسبة من القائمة التالية ، مرتبة حسب نوع تأثير البيئة المكروية والصعوبة. يمكن للطلاب تلخيص المقالات بطريقة تدمج مكونات البيئة المكروية: عوامل الإشارة وبروتينات المصفوفة خارج الخلية والقوى وتفاعلات الخلية الخلوية. استشهد بالمقالات الموجودة في النص وكذلك في قسم المراجع.


بيولوجيا السرطان

على مدار خمسة وعشرين عامًا ، قدمت لجنة بيولوجيا السرطان (CCB) تدريبًا صارمًا يؤدي إلى درجة الدكتوراه في بيولوجيا السرطان ، مما يعد طلابنا ليكونوا قادة في أبحاث السرطان. يشجع تركيزنا المترجم الطلاب على اكتساب مجموعة واسعة من المهارات التي ستخدمهم بشكل جيد داخل وخارج المختبر. يتابع معظم خريجينا دراسات ما بعد الدكتوراه ويظلون نشيطين في أبحاث السرطان ويتابعون وظائف في الجامعات والصناعة والحكومة والرعاية السريرية.

القوة الفريدة لبرنامج الدكتوراه CCB هي مجتمعنا وبيئتنا. إلى جانب كلية الطب والمستشفيات التابعة لها ، تعد جامعة شيكاغو موطنًا لمركز NCI الشامل للسرطان ، ومركز لودفيج لأبحاث الانبثاث والعديد من المراكز والمعاهد الأخرى التي تؤسس ريادتنا في اكتشاف السرطان. وبالتالي ، يمكن للطلاب العمل مع أكثر من مائة من أعضاء هيئة التدريس لدينا من جميع أنحاء علم الأحياء والطب والكيمياء وعلوم الكمبيوتر والهندسة الحيوية وغيرها من المجالات ، الذين يستهدفون السرطان على جميع المستويات من الآليات الجزيئية إلى العلاجات المتقدمة. تلتزم هيئة التدريس في CCB بتدريب الجيل القادم من باحثي السرطان وتوجيه مئات الطلاب الجامعيين وطلاب الدراسات العليا والمتدربين بعد الدكتوراه الذين يشاركون في برنامجنا.

جوهر مجتمع CCB هو مجموعة متنوعة من طلاب الدكتوراه الذين يشتركون في الالتزام بحل مشكلة السرطان. نحن فخورون بجذب الطلاب المتميزين كل عام الذين نجحوا في كل من الفصول الدراسية والمختبرات وهم الآن على استعداد لمتابعة البحث المستقل نحو الدكتوراه. لعام 2020 ، يقدم بنك التعمير الصينى منهجًا مبسطًا يعتمد على نقاط القوة والمبادرة لدى طلابنا. لقد قلصنا الدورات الدراسية في السنة الأولى لتحويل التركيز إلى اندماج الطلاب في مجتمعنا ومساعدتهم على اختيار مستشار أطروحة ، بهدف بدء البحث بدوام كامل في أقرب وقت ممكن. كجزء من السنة الأولى ، يجد الطلاب أيضًا معلمًا مساعدًا ويشكلون لجنة أطروحة ، بهدف إكمال الخطوات الأخيرة للترشح لدرجة الدكتوراه في وقت مبكر من السنة الثانية. نأمل أن يتمكن الطلاب من البدء بسرعة في مشاريعهم ، والبدء في تقديم أعمالهم في المؤتمرات ونشر الأوراق في وقت مبكر ، والدفاع عن أطروحاتهم والبدء في المرحلة التالية من التدريب قبل نهاية خمس سنوات.

إذا كان برنامجنا يناسب أهدافك التدريبية ، فإننا نتطلع إلى تقديمك.


طريق المصالحة

لا يتفق الجميع بشكل كامل مع استنتاجات Degnans. رسم الاستنتاجات من ملفات تعريف التعبير الجيني ليس بالأمر السهل. قال بوركهارت: "تعمق في [ذلك] ، ويمكنك تفسير بعض البيانات بشكل مختلف تمامًا". لا تمنع الاختلافات في التعبير الجيني بالضرورة نوعين من الخلايا من مشاركة النسب.

وافق إروين. وقال إن مثل هذه البيانات "هي لقطة مأخوذة في وقت معين." بالنظر إلى أن السوطيات المنتفخة والخلايا المنتفخة الإسفنجية قد تطورت من تلقاء نفسها على مدار 700 مليون سنة الماضية ، فمن المنطقي أنها تعبر عن جينات مختلفة تمامًا.

قالت ماجا أدامسكا ، عالمة الأحياء التطورية التطورية في الجامعة الوطنية الأسترالية ، والتي لم تشارك في دراسة Degnans ، في أي مقارنة للكائنات الحديثة ، "أنت تنظر إلى الحيوانات التي لها تاريخ من الضياع والمكاسب". "أنت تخاطر بأن تبالغ في تبسيط نتائجك."

وأضافت أن أنواع الإسفنج الأخرى لا تحتوي على خلايا أثرية على الإطلاق. بدلاً من ذلك ، تؤدي خلاياهم المنتفخة تلك الأدوار الشبيهة بالخلايا الجذعية. قال آدامسكا: "أظن أننا إذا أجرينا مقارنة في [تلك الخلايا المنتمية] ، لكنا وجدنا تشابهًا أكبر مع السوطيات المنتفخة."

يعتقد آدامسكا أن الحيوان الأول كان من الممكن جدًا أن يكون فطيرة من الخلايا الشبيهة بالجذع التي غالبًا ما غيّرت هوياتها. تعتقد أيضًا أن مقارنة التعبير الجيني لا تستبعد الروابط التطورية بين السوطيات المنتفخة والخلايا الحيوانية متعددة الخلايا الأولى. قالت: "في الحقيقة ، أنا أؤمن بشدة أن أسلافي لديهم خلايا منتقاة".

النظريتان حول أصول تعدد الخلايا الحيوانية ليست متعارضة. قال آدامسكا: "أعتقد أن هناك مكانًا لكل من الميزات الشبيهة بالسوطيات المنتشرة وميزات [التمايز الزمني] في السلف المشترك الأخير الذي نحاول رسمه". "لا أرى التناقض هناك." تعمل هي وزملاؤها الآن على تحديد خصائص التعبير الجيني في الإسفنج بدون الخلايا البدائية لاختبار هذه الفكرة بشكل أكبر.

بدأت بالفعل في الظهور تلميحات حول نظرية مشتركة من مختبر بوركهارت. في نسخة أولية نشروها على biorxiv.org في مايو ، وجد بوركهارت وزملاؤه أن الخلايا الموجودة في مستعمرة السوطيات المنتمية ليست كلها متطابقة: فهي تختلف في مورفولوجيتها وفي نسبة عضياتها. قال إن هذه الملاحظات تشير إلى أن تمايز الخلايا المكانية كان يحدث بالفعل في سلالة السوطيات المنتمية ، وربما حتى قبل ذلك - وهو احتمال يمزج الأفكار الجديدة (أن القدرة على التمايز قديمة وأن الانتقال إلى تعدد الخلايا الحيوانية كان تدريجيًا) مع قديم (يمكن أن يحدث هذا مع الخلايا الشبيهة بالسوطيات المنتفخة).

لذا ، بينما لا توجد حتى الآن إجابة محددة حول الشكل الذي بدا عليه الحيوان الأول بالضبط ، فإن الصورة أصبحت أكثر وضوحًا. قال آدامسكا: "نحن نقترب أكثر من فهم من أين أتينا في أعماق الزمن". "وأعتقد أن هذا رائع للغاية."


التقسيم

العديد من العضيات في حقيقيات النوى لها وظيفتها الخاصة وتقسيمها بوسائل بسيطة ، والعمل على مقصورتها وغشاءها يساعد العضيات ومكونات الخلية على العمل داخل حدودها.

طريقة جيدة لفهم الخلايا في البداية لرؤيتها كمصنع بأقسام مختلفة (مقصورات).

هذا المصنع يصنع البروتينات. يشكل الغشاء الجدران. هناك أبواب تسمح للأشياء الضرورية بالدخول والخروج.

تحتوي أرضية المبنى على السيتوبلازم. النواة هي المكتب الرئيسي. هذا هو المكان الذي يتم فيه صياغة الخطط ووضعها لصنع البروتينات.

يتم إرسال هذه التعليمات إلى الشبكة الإندوبلازمية الخشنة (RER). هذه أرضية المصنع. كل محطة عمل ريبوسوم.
هذه الريبوسومات تصنع البروتينات.

الميتوكوندريا هي بيوت القوة. هيئة جولجي هي قسم الشحن والاستلام. إنها ترسل البروتينات التي تصنعها الخلية وتستورد الأجزاء التي تحتاجها الخلية.

الفجوات هي صناديق القمامة.

هناك أجزاء يتم إخراجها عند الحاجة كما هو الحال في انقسام الخلايا: المريكزات والألياف.


قائمة المصطلحات

التخصص الوظيفي للمناطق المكانية المختلفة لخلايا الكبد ، والتي تتميز بتوزيعها النطاقي.

من خلال النظر في كل خلية مفردة كممثل لقطة على طول عملية مستمرة ، يحاول تحليل المسار إعادة بناء هذا المسار عبر الفضاء الخلوي عن طريق تقليل التغييرات النسخية بين الخلايا المجاورة.

تحليل مسار التخصيب

بالنظر إلى قائمة الجينات ، على سبيل المثال ، العلامات المعبر عنها تفاضليًا لسكان خلوي معين ، يحدد تحليل إثراء المسار المسارات البيولوجية التي تكون أكثر إثراءً مما هو متوقع بالصدفة.

الخوارزميات الحسابية لرسم خرائط المصير

تحدد خوارزميات رسم خرائط المصير انحرافات المصير للخلايا السلفية على طول مسارات التمايز المتفرعة ، لتوفير نظرة ثاقبة لخيارات مصير الخلية وتنظيمها.

مجموعة كل جزيئات الحمض النووي الريبي من خلية واحدة أو مجموعة من الخلايا.

إعادة بناء الشبكة التنظيمية الجينية

نهج حسابي يحاول الكشف عن التفاعل المعقد للتفاعلات التنظيمية التي تحدد في النهاية مستوى التعبير لجين معين ، باستخدام مثل هذه القياسات مثل الارتباط.

المنهجيات التي يتم فيها تمييز الأجسام المضادة برمز شريطي جزيئي فريد. ترتبط الأجسام المضادة المشفرة بالحلقات المستهدفة على الخلايا ويتم ترتيب الرموز الشريطية الجزيئية الفريدة جنبًا إلى جنب مع النسخة الخلوية ، مما يوفر مؤشرًا على درجة ارتباط الجسم المضاد ومستوى مولد الضد المستهدف في كل خلية مفردة.

تحليل المجموعات غير المتجانسة من الخلايا لغرض تحديد وجود ونسب المجموعات السكانية المختلفة ذات الأهمية.

تحليل الارتباط الكنسي

منهجية تكامل البيانات التي تحاول تحديد هياكل الارتباط المشتركة عبر مجموعات البيانات ، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك لمحاذاة مجموعات بيانات متعددة مع بعضها البعض بطريقة تقلل من تأثير الدُفعة.

يستخدم هذا التحليل نسبة mRNA غير المقسمة إلى mRNA لاستنتاج الاتجاه في بيانات الخلية المفردة ، من خلال التنبؤ بالحالة المستقبلية للخلايا الفردية وفرض هذا التنبؤ على الخلايا الأخرى في مجموعة البيانات.

باستخدام ملفات تعريف التعبير الجيني المرجعية لأنواع الخلايا ذات الأهمية ، تقدر هذه الخوارزميات تكوين نوع الخلية داخل عينة RNA مجمعة تحتوي على خليط غير معروف من الخلايا.

من قائمة الجينات ، على سبيل المثال ، العلامات المعبر عنها تفاضليًا للسكان الخلويين ، يحدد تحليل إثراء مجموعة الجينات السمات البيولوجية مثل المسارات أو الوظائف الأكثر إثراءً مما هو متوقع بالصدفة.

التفاعلات الجزيئية بين الكيانات البيولوجية مثل البروتينات داخل الخلايا والكائنات الحية.

هذا المورد هو مستودع متاح للجمهور للمستقبلات المنسقة ، والروابط ، وتفاعلاتها ، مدمجة مع إطار إحصائي يتيح التنبؤ بالتفاعلات الخلوية المخصبة بين أنواع الخلايا من البيانات النصية أحادية الخلية.


شكر وتقدير

تم تمويل هذا العمل من خلال منح من المعهد الوطني للصمم واضطرابات التواصل الأخرى (DC002253 و DC007325).

المراجعات الأخرى في هذه السلسلة هي: بيولوجيا خلية السمع (Schwander et al. 2010. J. خلية بيول. دوى: 10.1083 / jcb.201001138) ، بيولوجيا الخلية في الذوق (Chaudhari and Roper. 2010. J. خلية بيول. دوى: 10.1083 / jcb.201003144) ، بيولوجيا الخلية للرؤية (Sung and Chuang. 2010. J. خلية بيول. دوى: 10.1083 / jcb.201006020) ، وبيولوجيا خلية اللمس (Lumpkin et al. 2010. J. خلية بيول. دوى: 10.1083 / jcb.201006074).


التخصص والتمايز

يسير التخصص جنبًا إلى جنب مع إعادة توزيع التعقيد. تصبح العناصر الفردية أبسط ويصبح تنسيق هذه العناصر الأبسط أكثر تعقيدًا.

تتخصص بعض الكائنات وحيدة الخلية مؤقتًا للمشاركة في الأغشية الحيوية (مجتمعات تعاونية للكائنات وحيدة الخلية). لكنها قد تعيش أيضًا كخلايا معزولة ، لذا لا يمكنها الاستغناء عن جميع الجينات التي نادرًا ما تستخدم. وبالتالي ، يجب أن تحافظ الكائنات أحادية الخلية على نطاق واسع من السلوك المعقد من أجل الاستجابة لمجموعة واسعة من الظروف البيئية المحتملة التي قد تواجهها.

في المقابل ، يمكن للخلايا في الكائنات متعددة الخلايا الاعتماد على الكائن الحي بأكمله للتكيف مع الظروف المتغيرة عبر استجابة متعددة الخلايا. لذلك يمكن للخلايا الفردية الاستغناء عن الوظائف النادرة الاستخدام. تظهر الحشرات الاجتماعية نفس النوع من المقايضة: الأفراد من أنواع النمل الاجتماعية للغاية هم أقل تعقيدًا من الأفراد من أنواع النمل البسيطة [اجتماعيًا]. [2] أجهزة الكمبيوتر أيضًا أصبحت أكثر تخصصًا.

على عكس الكائنات الحية أحادية الخلية ، تتخصص الخلايا في الكائنات الحية متعددة الخلايا "الحقيقية" بشكل دائم مع تطور الكائن الحي من بويضة مخصبة إلى شخص بالغ. يُعرف هذا النوع من التخصص بالتمايز.

تختلف أنواع الخلايا المختلفة في الكائن الحي متعدد الخلايا اختلافًا كبيرًا في التركيب والوظيفة. إذا قارنا خلية عصبية في الثدييات مع خلية ليمفاوية ، على سبيل المثال ، فإن الاختلافات شديدة للغاية بحيث يصعب تخيل أن الخليتين تحتويان على نفس الجينوم. "(انظر هنا لمزيد من التفاصيل)

من حين لآخر ، من خلال بعض الأخطاء الخاطئة ، تفقد الخلية بعض تمايزها. تسمى الخلايا التي يحدث فيها هذا الأورام (أي قابلة للتغيير حديثًا). الخلايا الورمية ليست مجرد شذوذ ، فهي تشكل أورامًا. قد تكون الأورام حميدة ، ولكنها غالبًا ما تكون سمة مميزة للسرطان.

يرتبط التخصص ارتباطًا وثيقًا بالمبادئ التنظيمية الثلاثة الأخرى متعددة الخلايا جزئيًا لأن تنسيق العديد من أنواع العناصر البسيطة يتطلب آليات مراسلة أكثر دقة ونوعًا مختلفًا من استراتيجية الاتصال تسمى وصمة العار.

إن التخصص متعدد الخلايا على المستوى الخلوي ممكن لأن البيئة التي تواجهها خلية في كائن متعدد الخلايا تختلف تمامًا عن تلك التي يواجهها كائن وحيد الخلية في بيئتها الطبيعية وأكثر اعتدالًا منها. تعيش خلايا Metazoan في بيئة تعاونية شبه متجانسة يحميها ويتغذى عليها الكائن الحي بأكمله. في المقابل ، يجب أن يكون الكائن أحادي الخلية مستعدًا للتعامل مع جميع أنواع الظروف غير المواتية مثل الحيوانات المفترسة ، وتغير وفرة المغذيات ، والمواد الكيميائية السامة. تتطلب هذه المرونة أن تدعم كل خلية مجموعة كبيرة من السلوكيات المعقدة.

يعد التخصص متعدد الخلايا على المستوى الخلوي ضروريًا لأن الحفاظ على المجموعة الكاملة لجميع السلوكيات الممكنة أمر مكلف وخطير و / أو غير متوافق مع متطلبات الوظائف المتخصصة. بالنسبة للخلايا الفردية ، فإن التكلفة الواضحة هي استهلاك الطاقة ، حيث إن صيانة جميع الآلات الخلوية غير الضرورية ليست مجانية. نظرًا لأن كل خلية ميتازوان متخصصة تستخدم جزءًا صغيرًا فقط من إجمالي الجينوم ، يمكن تقليل تكاليف طاقتها بشكل كبير. ولكن أيضًا تخصص الخلية يحفز الكيمياء الحيوية الخلوية المختلفة وغير المتوافقة والشكل والوظيفة. لا يمكن للخلية العصبية أن تعمل كقناة اتصال موثوقة بين النقطة A والنقطة B إذا كانت تبني العظام أيضًا حول نفسها ، وتملأ نفسها بالهيموغلوبين لحمل الأكسجين ، وتراكم الدهون ، وتفرز حمض المعدة.

ولعل أهم فائدة هي أن التخصص يقلل من عدد ونوع الرسائل التي يمكن للخلية الاستجابة لها. هناك آلاف الأنواع المختلفة من الرسائل الجزيئية النشطة في كائن حي متعدد الخلايا معقد. تستجيب كل خلية لمجموعة فرعية صغيرة فقط. سيكون أسوأ من أن تحتفظ الخلية بالقدرة على الرد على كل هذه الرسائل بلا معنى - ستكون الفوضى. ستكون الخلية التي تحتوي على مستقبلات لجميع الرسائل الجزيئية عرضة لجميع الفيروسات. تصيب الفيروسات خلية عن طريق الارتباط ببروتينات سطحية معينة. نظرًا لأن البروتينات السطحية المختلفة تميز خلايا متخصصة مختلفة ، يمكن لكل نوع من الفيروسات أن يصيب أنواعًا معينة فقط من الخلايا - تلك التي لها مواقع الارتباط الصحيحة. يصيب فيروس البرد خلايا الممرات الأنفية ، ويصيب فيروس التهاب الكبد بعض خلايا الكبد ، ويصيب فيروس HIV خلايا معينة في جهاز المناعة ، وهكذا دواليك. إذا عبرت كل خلية عن جميع علامات الخلية ، أي يمكن للفيروس أن يرتبط ويصيب الكل الخلايا. الاصابة بنزلة برد ستكون قاتلة.

في الإنترنت اليوم حيث تتفشى فيروسات الكمبيوتر والديدان ، يجب أن تكون ضرورة مماثلة للتخصص في الحوسبة واضحة.

[2] التعقيد الفردي مقابل التعقيد الاجتماعي ، مع إشارة خاصة إلى مستعمرات النمل ، أندرسون ، C & amp McShea ، D.W Biol. Rev.، vol 76، pp. 211-237، 2001. ملاحظة: النمل الفردي للأنواع الاجتماعية العالية ليس فقط أقل تعقيدًا ، ولكنه أكثر تخصصًا وأكثر تنوعًا في الحجم والشكل. ومع ذلك ، كما هو الحال مع خلايا metazoan المتخصصة ، فإن لديهم جميعًا نفس المكمل الجيني.


شاهد الفيديو: أسرار الخلايا وعظمة الخالق. معلومات مدهشة (شهر نوفمبر 2022).