معلومة

10.1: النظر إلى الوراء - علم الأحياء

10.1: النظر إلى الوراء - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

توسعت حدود الكيمياء الحيوية بشكل كبير منذ نشأتها. أظهر عرض Wöhler ، في عام 1828 ، أنه يمكن تصنيع اليوريا خارج الخلية الحية ، أنه لا توجد "قوة حيوية" تميز كيمياء الحياة عن تلك الموجودة في العالم غير الحي. الكيمياء هي الكيمياء ، ولكن مصطلح "الكيمياء الحيوية" "في عام 1903 من قبل Carl Neuberg لوصف مجموعة فرعية خاصة من التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الخلايا الحية. لا يُستمد هذا التخصص من أي استثناءات لقوانين الفيزياء والكيمياء ، ولكن من الطريقة التي يتم بها تنظيم وتنظيم التفاعلات الكيميائية في الخلايا ، وكذلك من تعقيد وحجم الجزيئات البيولوجية.

في مواجهة تعقيد أكبر بكثير مما هو عليه في العالم غير العضوي ، كانت الإستراتيجية التقليدية لعلماء الكيمياء الحيوية هي "فرق تسد". في هذا النهج ، يتم تنقية الإنزيمات الفردية والجزيئات البيولوجية الأخرى من الخلايا بحيث يمكن دراسة خصائصها بمعزل عن غيرها. منطق هذه الطريقة ، الذي يوصف أحيانًا بالاختزال ، هو أنه يمكننا التعرف على الكل من خلال دراسة أجزائه الفردية. هذا النهج المضني ، المستخدم خلال معظم القرن العشرين ، أثار التفاعلات الكيميائية والتفاعلات الجزيئية التي تحدث داخل الخلايا ، واحدة من خلال أولاً ، الكشف تدريجياً للعلماء عن الكثير مما نعرفه في الكيمياء الحيوية اليوم.

مع زيادة أعداد التفاعلات الكيميائية الحيوية ، بدأ علماء الكيمياء الحيوية يرون أنها مرتبطة ببعضها البعض في سلاسل من التفاعلات التي نشير إليها الآن باسم المسارات الأيضية. تبين أن مسارات التمثيل الغذائي هذه متشابهة بشكل ملحوظ بين الخلايا في جميع ممالك الحياة. على الرغم من وجود عدد قليل من المسارات التي تنفرد بها كائنات معينة ، إلا أن العديد منها متماثل أو متشابه للغاية في كائنات مختلفة مثل البكتيريا والبشر.

أصبح من الواضح أيضًا أن المسارات الأيضية تفاعلت مع بعضها البعض عبر وسائط مشتركة أو عن طريق تنظيم مسار واحد بواسطة الجزيء (الجزيئات) التي تم إنشاؤها بواسطة مسار (مسارات) أخرى. تبين أن تشابه التفاعلات الكيميائية في جميع الخلايا الحية يمتد إلى عملة الطاقة المشتركة ، ATP ، التي تستخدمها الخلايا لتشغيل تفاعلاتها الكيميائية ، بالإضافة إلى الآلية التي تصنع بها الخلايا ATP.

تتبع المسارات الأيضية تحول الجزيئات في الخلية وتمثل عمل الإنزيمات ، وهي بروتينات. أدى اكتشاف بنية الحمض النووي إلى فهم كيفية استخدام المعلومات في الجينات لتوجيه تركيب هذه البروتينات. تم الكشف عن تفاعلات البروتين والحمض النووي التي تحدد الجينات التي يتم نسخها إلى الحمض النووي الريبي في أي وقت ، وساعدت في تفسير كيفية ظهور الخلايا التي تحمل نفس الحمض النووي للتعبير عن بروتينات مختلفة. كما تبين أن الشفرة الجينية وآليات النسخ والترجمة وتنظيم التعبير الجيني متشابهة بشكل ملحوظ في الخلايا من جميع الأنواع ، مما دفع جاكوب مونود الحائز على جائزة نوبل إلى المزاح بأن ما كان صحيحًا بالنسبة للإشريكية القولونية كان صحيحًا أيضًا. إيالفانت.

كما ساعد نهج "مكون واحد في كل مرة" علماء الكيمياء الحيوية على فهم كيفية إحساس الخلايا بالتغيرات في بيئتها والاستجابة لها. تمتد القدرة على الإحساس بالظروف خارج محيط الخلايا عبر جميع مجموعات الكائنات الحية. حتى أبسط الكائنات أحادية الخلية يمكنها تتبع تدرجات المغذيات لتحريك نفسها بالقرب من الطعام. يمكن للخلايا الموجودة في الكائنات متعددة الخلايا اكتشاف الإشارات الكيميائية في الدم (العناصر الغذائية والهرمونات) أو النبضات من الخلايا العصبية وتغيير أفعالها. قد تؤدي هذه الإشارات إلى حدوث تغييرات في التمثيل الغذائي ، وقرارات الانقسام ، والموت ، أو تصبح في سن الشيخوخة ، أو أداء وظائف متخصصة (على سبيل المثال ، تقلص العضلات أو إفراز الإنزيم) وهكذا تكون الخلايا في حالة من.

تتضح قوة النهج التحليلي "تفكيك الأشياء" من الوتيرة المذهلة للاكتشافات في الكيمياء الحيوية وعلم الأحياء الجزيئي.أول دليل على أن الإنزيم كان بروتينًا تم تصنيعه فقط في عام 1926 ، ولم يحدث ذلك إلا بعد عشرين عامًا. كان هذا مؤكدًا بشكل جيد لدرجة أنه تم منح جائزة نوبل في عام 1946 لهذا الاكتشاف.منذ ذلك الوقت ، كشفت طرق الكيمياء الحيوية عن جميع المعلومات التي يمكنك العثور عليها في أي كتاب قياسي للكيمياء الحيوية ، وأكثر من ذلك.

تم التعرف على آلاف الإنزيمات وركائزها ، وتتبع مئات المسارات الأيضية. بعد توضيح بنية الحمض النووي في عام 1953 ، اكتشف العلماء عددًا مذهلاً من الحقائق حول كيفية تخزين المعلومات واستخدامها وتوريثها في الخلايا. أصبحت الحيوانات المستنسخة والمحورة جينيا والعلاج الجيني حقيقة واقعة في أقل من 50 عامًا. وما زالت الاكتشافات مستمرة.


إذا نظرنا إلى الوراء 3.8 مليار سنة في جذور "شجرة الحياة"

نما الريبوسوم بتراكم الحمض النووي الريبي الجديد على الحمض النووي الريبي القديم في عملية تشبه الدمى الروسية المتداخلة. يحتوي الجزء الأقدم من الريبوسوم على أجزاء صغيرة من الحمض النووي الريبي ويتم تمثيله بأصغر دمية. زادت الإضافات الحديثة للريبوسوم من وظائفه ، وتم تمثيلها على الدمى ذات الحجم المتزايد. تمثل أكبر دمية الحمض النووي الريبي الريبوزومي الذي تشترك فيه جميع أشكال الحياة الحالية. الائتمان: مجاملة ويليامز لاب

يستغل الباحثون الممولون من وكالة ناسا في معهد جورجيا للتكنولوجيا المعلومات الموجودة في خلايا جميع أشكال الحياة على الأرض ، ويستخدمونها لتتبع تطور الحياة. لقد تعلموا أن الحياة هي كاتب اختزال رئيسي - كتابة وإعادة كتابة وتسجيل تاريخها في هياكل بيولوجية متقنة.

تكمن بعض المفاتيح لفك أصل الحياة في تشفير الريبوسوم ، وهو أقدم وأكبر تجمع للجزيئات في الحياة. يحول الريبوسوم اليوم المعلومات الجينية (RNA) إلى بروتينات تؤدي وظائف مختلفة في الكائن الحي. لكن الريبوسوم نفسه تغير بمرور الوقت. يُظهر تاريخها كيف اتحدت الجزيئات البسيطة قواها لابتكار علم الأحياء ، ويسجل هيكلها الحالي العمليات البيولوجية القديمة التي حدثت في جذر شجرة الحياة ، منذ حوالي 3.8 مليار سنة.

من خلال فحص الاختلافات في الحمض النووي الريبي الريبوزي الموجود في الخلايا الحديثة ، يمكن للعلماء تصور الجدول الزمني للحياة في زمن بعيد في التاريخ ، وتوضيح الهياكل الجزيئية والتفاعلات والأحداث القريبة من الأصول الكيميائية الحيوية للحياة.

قال لورين ويليامز ، الأستاذ في كلية جورجيا للتكنولوجيا للكيمياء والكيمياء الحيوية ، والباحث الرئيسي في مركز جورجيا التكنولوجي للتكيف والتطور الريبوسوم التابع لمعهد ناسا للبيولوجيا الفلكية: "علم الأحياء هو حافظ رائع للسجلات". "نحن نكتشف كيفية قراءة بعض أقدم السجلات في علم الأحياء لفهم العمليات السابقة للبيولوجيا ، وأصل الحياة ، وتطور الحياة على الأرض."

ومن المقرر نشر الدراسة في 30 نوفمبر في الطبعة الأولى من المجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

مثل الحلقات في جذع الشجرة ، يحتوي الريبوسوم على مكونات عملت في وقت مبكر من تاريخها. يسجل مركز الجذع شباب الشجرة ، وتمثل الحلقات المتتالية كل عام من عمر الشجرة ، بينما تسجل الطبقة الخارجية الحاضر. مثلما يظل قلب جذع الشجرة دون تغيير بمرور الوقت ، تحتوي جميع الريبوسومات الحديثة على لب مشترك يعود تاريخه إلى 3.8 مليار سنة. هذا اللب المشترك هو نفسه في جميع الكائنات الحية ، بما في ذلك البشر.

قال ويليامز: "سجل الريبوسوم تاريخه". "تكاثرت وازداد حجمها وأكبر بمرور الوقت. ولكن الأجزاء القديمة كانت مجمدة باستمرار بعد أن تراكمت ، تمامًا مثل حلقات الشجرة. وطالما استمرت تلك الشجرة على قيد الحياة ، فإن الحلقات الداخلية لن تتغير. جوهر الريبوسوم أقدم من علم الأحياء ، التي تنتجها العمليات التطورية التي ما زلنا لا نفهمها جيدًا ".

أثناء استغلال قدرة الريبوسوم على حفظ السجلات يكشف كيف تغيرت البيولوجيا بمرور الوقت ، يمكن أن تشير أيضًا إلى الظروف البيئية على الأرض التي تطورت فيها تلك البيولوجيا ، وتساعد في البحث عن الحياة في مكان آخر في الكون.

قال كارل بيلشر ، مؤقتًا: "يتيح لنا هذا العمل أن ننظر في الزمن إلى ما وراء جذر شجرة الحياة - سلف جميع الخلايا الحديثة - إلى وقت لم تصبح فيه البروتينات والأحماض النووية أساسًا لكل الكيمياء الحيوية". مدير معهد ناسا للبيولوجيا الفلكية. "إنها تساعدنا على فهم بعض المراحل الأولى في تطور الحياة على الأرض ، ويمكن أن توجه بحثنا عن بيئات خارج كوكب الأرض حيث قد تكون الحياة قد تطورت."

من خلال إعادة اللف والهندسة العكسية وإعادة تشغيل هذا الشريط الريبوزومي القديم ، يكتشف الباحثون أسرار الخلق ويجيبون على الأسئلة التأسيسية والوجودية حول مكاننا في الكون.

من خلال دراسة المزيد من الإضافات إلى الريبوسوم ، وجد فريق البحث - بمساهمات رئيسية من عالم أبحاث جورجيا للتكنولوجيا أنطون بيتروف - "بصمات جزيئية" تُظهر مكان إدخال الريبوسوم ، مما يسمح لهم بتمييز القواعد التي نما بها. باستخدام تقنية يسمونها طريقة المقارنة الهيكلية ، تمكن الباحثون من نمذجة تطور الريبوسوم بتفصيل كبير.

قال ويليامز: "من خلال أخذ الريبوسومات من عدد من الأنواع - البشر ، والخميرة ، والبكتيريا المختلفة ، والعتائق - والنظر إلى الأجزاء الخارجية المتغيرة ، رأينا أن هناك قواعد محددة للغاية تحكم كيفية تغيرها". "أخذنا هذه القواعد وطبقناها على النواة المشتركة ، مما سمح لنا برؤية الأجزاء الأولى من الحمض النووي الريبي".

أستاذة جورجيا للتكنولوجيا لورين ويليامز (إلى اليسار) وعالم الأبحاث أنطون بيتروف أمام شجرة كبيرة ترمز إلى نمو وتراكم الريبوسوم بمرور الوقت. الائتمان: الائتمان: روب فيلت ، جورجيا للتكنولوجيا

ساعدت بعض القرائن على طول الطريق. على سبيل المثال ، على الرغم من أن الحمض النووي الريبي (RNA) مسؤول الآن عن تكوين البروتينات ، إلا أن الحياة المبكرة جدًا لم يكن بها بروتينات. من خلال البحث عن مناطق الريبوسوم التي لا تحتوي على بروتينات ، يمكن للباحثين تحديد أن هذه العناصر كانت موجودة قبل ظهور البروتينات. قال ويليامز: "بمجرد أن يكتسب الريبوسوم قدرة معينة ، غيّر ذلك طبيعته".

في حين أن النواة الريبوسومية هي نفسها عبر الأنواع ، إلا أن ما يُضاف في الأعلى يختلف. يمتلك البشر أكبر ريبوسوم ، بما في ذلك حوالي 7000 نيوكليوتيد يمثلون نموًا هائلاً من مائة أو نحو ذلك من الأزواج الأساسية في البداية.

قال ويليامز: "ما نتحدث عنه هو الانتقال من أوليغومرات قصيرة ، أجزاء قصيرة من الحمض النووي الريبي ، إلى البيولوجيا التي نراها اليوم". "الزيادة في الحجم والتعقيد أمر محير للعقل."

حصل الباحثون على ريبوسوماتهم من قواعد بيانات التركيب والتسلسل التي تم إنتاجها لمساعدة العلماء على تحديد الأنواع الجديدة. يمكن بلورة الريبوسومات ، مما يكشف عن هياكلها ثلاثية الأبعاد.

إلى جانب فهم كيفية تطور التطور بمرور الوقت ، يمكن أن يكون لهذه المعرفة بتطور الريبوسوم تطبيقات صحية أكثر عملية في العصر الحديث.

قال ويليامز: "الريبوسوم هو أحد الأهداف الأساسية للمضادات الحيوية ، لذا فإن فهم بنيته واتساقها في جميع أنحاء علم الأحياء يمكن أن يكون ذا فائدة كبيرة". "من خلال دراسة الريبوسوم ، يمكننا البدء في التفكير في علم الأحياء بطريقة مختلفة. يمكننا أن نرى العلاقة التكافلية بين RNA والبروتينات."

كخطوة تالية ، يستخدم ويليامز وزملاؤه الآن التجارب للتحقق مما يعرضه نموذجهم.

أوضح ويليامز: "لدينا نموذجًا متماسكًا ومتسقًا يراعي جميع البيانات التي لدينا تعود إلى شكل من أشكال البيولوجيا بدائي للغاية مقارنة بما لدينا الآن". "نحن نخطط لمواصلة اختبار تنبؤات النموذج."


2020 توقعات علوم الحياة الأمريكية والعالمية

العلاجات الجينية ، واكتشاف العقاقير الذكية وتطويرها ، والأجهزة الاستهلاكية القابلة للارتداء ، والتطبيب عن بعد ، وغير ذلك - ما هي بعض الدوافع التي تحول قطاع علوم الحياة؟ كيف يمكن لمنظمات الأدوية الحيوية و Medtech أن تخلق قيمة جديدة في عام 2020 ، بينما تتصدى لتحديات مختلفة؟ ما هي المقاييس المهمة؟

استكشف المحتوى

منظور أمريكي حول اتجاهات علوم الحياة

في عام 2020 ، نتوقع أن نرى قابلية التشغيل البيني تتحرك بخطوات مهمة إلى الأمام. يمكن للبيانات الصحية الشخصية جنبًا إلى جنب مع الذكاء الاصطناعي (AI) أن تغير بشكل أساسي ليس فقط تجربة المريض ، ولكن التجربة البشرية أيضًا. وعلى الرغم من أن الدافع نحو قابلية التشغيل البيني يمكن أن يحسن الكفاءة في السنوات المقبلة ، فإن دفع القيمة والمعنى للمرضى والمستهلكين يمكن أن يمهد الطريق إلى الأمام لشركات علوم الحياة. تأخذ توقعاتنا العالمية لعلوم الحياة لعام 2020 نظرة متعمقة في السبب الذي يجعل شركات علوم الحياة تفكر في إنشاء تجربة مريض شاملة.

نحن نقترب أكثر من الوعد بالطب الدقيق الحقيقي ومستقبل الصحة حيث نتعلم من كل نقطة بيانات قابلة للتشغيل البيني بشكل جذري في سياق كل مريض. عندما ننظر إلى الوراء بعد 20 عامًا من الآن ، قد يُنظر إلى عام 2020 على أنه العام الذي تجاوزت فيه شركات علوم الحياة أخيرًا نماذج القرن العشرين ودخلت حقبة جديدة. تعد قابلية التشغيل البيني الجذري وتطور تجربة المريض مجرد اتجاهين من الاتجاهات التي نراها لعام 2020 ، وهنا ثلاثة أخرى:

  • ستستمر المنظمات من خارج الرعاية الصحية في دخول هذا الفضاء
  • يمكن أن تصبح التجارب السريرية أكثر شمولاً
  • يمكن أن يلعب العلم السلوكي دورًا أكبر

اقرأ المدونة الكاملة لمعرفة المزيد حول الاتجاهات الصحية القادمة من مايك ديلون ، رائد علوم الحياة في الولايات المتحدة في شركة Deloitte.


إذا نظرنا إلى الوراء ونتطلع إلى الأمام (نظرة إلى الماضي لأمراض الحبوب في إيست أنجليا في السنوات الـ 21 الماضية)

الملخص

إجراءات جمعية o Biologhs التطبيقية f و RONSDORF ، (1935). Weitere Untersuchungen iiber den L. Sachweis biologischzr Rassen des Gerstenzaergrostes ، بوتينين البسيط إريكس. اوند هين. فيتوباث. 2. 7 ، أ. (1932). ب ه ط

g e zur Spuialkierung des Gentenzwerpstes، puCcini0 simplex Erilrss. اوند هيم. أرب. بيول. أبت. (Amt. - Rkrhcnnst.)، Berl.، 19، 236. STAUIAS، C.، LOECERISC، Q.، C.USELL، R. C. د E. IT. هيس ، 1 ،. (1943). الاتجاهات السكانية للأجناس الفسيولوجية من Pucrinia Growinis tritiri في الولايات المتحدة للفترة من 1930 إلى 19 + 1. علم الأمراض النباتية، 33، 884. 121. STAMLW، C. 8 LOECUIING. (1944). The E. W. KingsOLVER ،. H. & أمبير

إيلوي ، ح. جيم (المنظمة البحرية الدولية). الأهمية المحتملة للفيزياء للعرق 8 من Puccinia graviiiiis تحديد العرق المنطقي في Puccinia corata areme. arenae في الولايات المتحدة. Phytopotholog.v، 34، 421. Phytopathology، 30، 1 3. سيكسمي ، دبليو (19370). Die Besrimmung der physioA l A m s. إي بي (1930). تخصص استضافة أوراق الشعير Rassen des Gerstenzwerprostes. صدأ Purrinia ، Pucim2 anomala. علم الأمراض النباتية ، 16 ، 89. ق ط

p l erikss. اوند هين. -4rb. بيول. د ب ت. (Anst.x

C R P H YH. ج. (1930). التخصص الفسيولوجي في Reichsanst.). بيرل ، 22 ، 43.


Exosomes: إذا نظرنا إلى الوراء لثلاثة عقود وإلى المستقبل

كليفورد في هاردينج ، جون إي هوسر ، فيليب دي ستال Exosomes: إذا نظرنا إلى الوراء لثلاثة عقود وإلى المستقبل. J خلية بيول 18 فبراير 2013200 (4): 367–371. دوى: https://doi.org/10.1083/jcb.201212113

الإكسوسومات هي حويصلات غشائية خارج الخلية تم اكتشاف تكوينها الحيوي عن طريق خروج الخلايا الداخلية متعددة الحويصلات في عام 1983. منذ اكتشافها قبل 30 عامًا ، أصبح من الواضح أن الإكسوسومات تساهم في العديد من جوانب علم وظائف الأعضاء والأمراض ، بما في ذلك الاتصال بين الخلايا. نناقش التجارب الأولية التي أدت إلى اكتشاف exosomes وإبراز بعض الاتجاهات الحالية المثيرة في هذا المجال.

قبل 30 عامًا ، ظهرت ورقة في JCB (هاردينج ، هوسر وستال ، 1983) وواحد في زنزانة (Pan and Johnstone، 1983) - نُشر في غضون أسبوع من بعضهما البعض - أفاد أنه في الخلايا الشبكية ، يتم التخلص فعليًا من مستقبلات الترانسفيرين المرتبطة بحويصلات ∼50 نانومتر صغيرة من نضوج الخلايا الشبكية في الدم إلى الفضاء خارج الخلية. صاغ روز جونستون اسم "exosome" لهذه الحويصلات خارج الخلية بعد بضع سنوات ، على الرغم من أن المصطلح قد استخدم في الواقع قبل بضع سنوات ، عند الإشارة إلى أجزاء غشائية أخرى معزولة عن السوائل البيولوجية (Trams et al.، 1981 the تم استخدام مصطلح "معقد exosome" أيضًا لكيان مختلف تمامًا: وهو الجسيم داخل الخلايا المتضمن في تحرير RNA [Mitchell et al. ، 1997]). تم الاعتراف بوعد هذه الاكتشافات المبكرة على مدى العقود الثلاثة الفاصلة من خلال النمو الهائل تقريبًا في مجال بيولوجيا الجسيمات الخارجية ، مما أدى إلى تكوين مجتمعات مختلفة (الجمعية الدولية للحويصلات خارج الخلية والجمعية الأمريكية للإكسوسومات والحويصلات الدقيقة) وحتى مجلة مخصصة (مجلة الحويصلات خارج الخلية) ، بالإضافة إلى العديد من الاجتماعات الدولية وأكثر من ألف منشور حول exosomes ، حتى الآن. في هذا التعليق ، نصف كيف اكتشفنا هذا المسار الخلوي الجديد ونقدم وجهة نظرنا حول التطورات الرئيسية والاتجاهات المستقبلية لهذا المجال. للحصول على تحليل أكثر تفصيلاً لحالة الميدان وتحدياته المستقبلية ، راجع Raposo و Stoorvogel (في هذا العدد).

بدأت تحقيقاتنا عندما شرع أحدنا (CV Harding) ، ثم طالب دكتوراه في الطب / دكتوراه ، في دراسة الالتقام الخلوي لأطروحة الدكتوراه الخاصة به واستغل خبرة معملين متجاورين في قسم بيولوجيا الخلية وعلم وظائف الأعضاء في جامعة واشنطن في سانت لويس. ثم ركز العمل في مختبر Stahl على تحديد مسارات الالتقام الخلوي بوساطة المستقبل وإعادة التدوير (Stahl et al. ، 1980) وكذلك تحديد الدور العام للمقصورات الحمضية داخل الخلايا في تسهيل توصيل الترابط إلى الجسيمات الحالة (Tietze et al. ، 1980). في هذه الأثناء ، طور مختبر Heuser مؤخرًا تقنية الحفر العميق للفحص المجهري الإلكتروني (Heuser and Salpeter ، 1979) وقد خطى بالفعل خطوات كبيرة في تصور إعادة تدوير الغشاء المشبكي (Heuser et al. ، 1979) والعمارة العامة للجسيمات الداخلية (Heuser). ، 1980). السيرة الذاتية. قرر هاردينج تركيز أطروحته على مستقبلات الترانسفيرين واستخدام الخلايا الشبكية أو خلايا الدم الحمراء الناضجة كنظام نموذجي لأن الخلايا الشبكية كانت معروفة بأنها مليئة بمستقبلات الترانسفيرين. وصفت الورقة الأولى التي نشأت من هذا التعاون ثلاثي الاتجاهات إعادة تدوير مستقبل الترانسفيرين بين غشاء البلازما ومقصورات الالتقام للخلايا الشبكية وحدد دور هذه الأجزاء الحمضية في امتصاص الخلايا الشبكية للحديد (هاردينج وستال ، 1983). تم نشر عمل إضافي حول مسار إعادة تدوير مستقبل الترانسفيرين في نفس الوقت تقريبًا من قبل عدة مجموعات أخرى (Ciechanover et al. ، 1983 Dautry-Varsat et al. ، 1983 Klausner et al. ، 1983). في الماضي ، ساعدتنا كل هذه الدراسات (بالإضافة إلى نصائح آلان شوارتز وآرون سيشانوفر) على البدء في فهم آليات إعادة تدوير الترانسفيرين في الخلايا الشبكية.

كانت إحدى الحقائق الراسخة في ذلك الوقت هي أن الخلايا الشبكية تفقد الآلية اللازمة لإنتاج الهيموغلوبين عندما تنضج لتصبح كريات الدم الحمراء ، وهذا يشمل فقدان الآلية اللازمة لنقل الحديد عبر مستقبلات الترانسفيرين (فان بوكسمير ومورجان ، 1979). افترض معظم الناس أن هذا كان بسبب التنظيم الخافت للالتقام الخلوي والتدهور الليزوزومي لمستقبلات الترانسفيرين. تم إعادة توجيه تفكيرنا حول هذا الأمر فجأة ، من خلال تجربتين أجريناهما لتصور دوران مستقبل الترانسفيرين من خلال مراقبته باستخدام الترانسفيرين الغرواني المقترن بالذهب (AuTf). لقد وجدنا أن جسيمات AuTf تم استيعابها بالفعل بواسطة مستقبلات الخلايا الشبكية الترانسفيرين بدقة عالية. ومع ذلك ، نادرًا ما نلاحظ أيًا من جزيئات الذهب لدينا داخل المقصورات الداخلية في الخلايا الشبكية للفئران والتي يمكن اعتبارها ليسوسومات - على أساس تلطيخها للفوسفاتاز الحمضي أو أريل سلفاتاز - في الواقع ، وجدنا أنه بشكل عام ، تحتوي الخلايا الشبكية على القليل من هذه الخلايا. أنواع الجسيمات الحالة (هاردينج وآخرون ، 1983). لدهشتنا ، كانت جسيمات AuTf الداخلية موجودة في المقام الأول وبشكل أساسي على العديد من الحويصلات الصغيرة التي لاحظناها داخل الأجسام متعددة الحواف ، وبالتالي اخترنا تسمية هذه العضيات الداخلية متعددة الحواف (MVEs Harding et al. ، 1983). لقد فوجئنا أكثر عندما لاحظنا أن MVEs تؤوي حويصلات تحمل علامة AuTf والتي بدت وكأنها اندمجت مع غشاء البلازما ، كما يُحكم عليه من خلال الاستمرارية الواضحة لأغشائهما (الشكل 1 ، على اليسار) ، ومن خلال التخارج الواضح لـ AuTf. - حويصلات مسماة (تعرف الآن باسم exosomes شكل 1 ، على اليمين). لاستبعاد احتمال أن تكون هذه النتائج ناتجة عن أخطاء التثبيت ، أجرينا الفحص المجهري الإلكتروني على العينات التي تم تجميدها بسرعة دون تثبيت مسبق (الشكل 1 ، على اليمين) ولاحظنا نفس الظاهرة. كشفت هذه الملاحظات عن آلية جديدة لفقدان مستقبلات الترانسفيرين أثناء نضوج الخلايا الشبكية.

كان هذا الإخراج الظاهري للـ MVEs اكتشافًا جديدًا ومثيرًا للاهتمام لأسباب عديدة. أولاً ، عارضت وجهة النظر السائدة في ذلك الوقت بأن إعادة التدوير إلى غشاء البلازما حدثت حصريًا من مقصورات الخلايا الداخلية المبكرة ولكن ليس من مقصورات الالتقام اللاحقة ، مثل MVEs. إذا كان هذا صحيحًا ، يمكن أن يوفر إفراز الخلايا MVE تفسيرًا ميكانيكيًا لإعادة تدوير الجزيئات الداخلية التي تدخل بعمق أكبر في نظام الالتقام. تم توثيق وجود العديد من هذه الجزيئات فيما بعد: على سبيل المثال ، تهريب Lysosomal LAMP-1 إلى غشاء البلازما (Lippincott-Schwartz and Fambrough ، 1987) وتهريب المستضدات المعالجة من الإندوسومات / الليزوزومات المتأخرة إلى غشاء البلازما أثناء الفصل II معالجة مستضد معقد التوافق النسيجي الرئيسي (MHC-II) (هاردينج وآخرون ، 1991). والأهم من ذلك ، أن لمحاتنا الأولى عن خروج الخلايا MVE أثارت احتمال أن الخلايا قد تستخدم هذه الآلية كطريقة عامة لإطلاق الحويصلات الغشائية ، مع أهمية تتجاوز نظام مستقبل الترانسفيرين ، وهي فكرة تم تطويرها منذ ذلك الحين على نطاق واسع في مجال الجسيمات الخارجية.

ظهرت صورنا الأولى لحدث MVE الخارجي هذا في Harding et al. (1983): يظهر مثال في الشكل 1. وفي الوقت نفسه ، اكتشف بان وجونستون (1983) أن الخلايا الشبكية للأغنام تطلق حويصلات ذات حجم موحد تحتوي على مستقبلات الترانسفيرين ، على الرغم من أنها لم تصور بشكل مباشر إنتاج هذه الحويصلات وفضلت آلية سفك الحويصلات التي تحدث في غشاء البلازما (التي تنتج الحويصلات التي سميت فيما بعد بـ "الحويصلات الخارجية" أو "الحويصلات الدقيقة"). استكملت الورقتان المتزامنتان بعضهما البعض بشكل جيد ، كما فعلت الأوراق اللاحقة من كلا المجموعتين التي قدمت بيانات لتأسيس نموذج exosome ، على سبيل المثال ، عن طريق التنقية الكيميائية الحيوية للأكسوسومات والمزيد من دراسات الفحص المجهري الإلكتروني التي أكدت دور إفراز الخلايا MVE في تكوين exosomes (هاردينج وآخرون ، 1984 بان وآخرون ، 1985). طورت هذه النتائج معًا نموذجًا مقنعًا لمسار الحويصلة والمستقبلات ، على الرغم من أن الأمر استغرق بعض الوقت لتقدير أهميتها العامة لتتجاوز نموذج مستقبلات الخلايا الشبكية / الترانسفيرين.

لقد أدركنا أن مسار MVE - exosome لتساقط مستقبلات الترانسفيرين كان مختلفًا بوضوح عن مسار إعادة تدوير مستقبلات الترانسفيرين إلى غشاء البلازما بعد إيصال الحديد عن طريق الترانسفيرين. من خلال تحديد توطين جسيمات AuTf داخل الخلايا وتحديد حركية إعادة تدوير مستقبلات الترانسفيرين ، أنشأنا نموذجًا يشتمل على مسارين لتهريب مستقبلات الترانسفيرين الداخلية في الخلايا الشبكية: مسار إعادة التدوير السريع ومسار التخلص الأبطأ. وبالتحديد ، بعد الالتقام الخلوي لمستقبلات الترانسفيرين في الأنابيب والحويصلات المبكرة ، يتم إعادة تدوير معظمها بسرعة إلى سطح الخلية ، كما تم الكشف عنها من خلال ظهورها السريع وقابليتها للتريبسين السطحي. ومع ذلك ، فإن المسار الثاني الأبطأ يستهدف مستقبلات الترانسفيرين إلى MVE ، ومعدل إفراز مستقبلات الترانسفيرين من خلال هذا المسار يطابق معدل فقدان مستقبل الترانسفيرين من الخلايا الشبكية النامية (هاردينج وآخرون ، 1984). أشارت هذه النتيجة إلى أن مسار إطلاق الجسيمات الخارجية هو المسار الرئيسي لفقدان مستقبلات الترانسفيرين من الخلايا الشبكية ، وهو استنتاج يتناسب مع نتائج مجموعة جونستون. علاوة على ذلك ، في السنوات اللاحقة ، أصبح من الواضح أن الجزيئات الأخرى يتم فرزها في حويصلات في MVEs لإطلاقها عبر مسار exosome. النموذج الذي ظهر في الأصل JCB يبدو أن الورقة ، التي تم تفصيلها بشكل أكبر في ورقة في العام التالي (الشكل 2 هاردينغ وآخرون ، 1984) قد صمدت أمام اختبار الزمن.

وفي الوقت نفسه ، تم إحراز تقدم كبير في تطوير فهم بيولوجيا الخلية للتكوين الحيوي للخلايا الخارجية. هناك اتفاق على أن MVEs لها مصيران في جميع الخلايا - لتندمج مع الحيز الليزوزومي حيث تتحلل الأغشية والمحتويات الأخرى أو تندمج مع غشاء البلازما ، مما يؤدي إلى إطلاقها عبر مسار إفراز الجسيمات الخارجية. أصبح تشكيل MVE الآن مفهومًا جيدًا إلى حد ما ، وقد تم تحديد المكونات الضرورية للمركب الداخلي المطلوب لمسار النقل (ESCRT) (Henne et al. ، 2011) ، وقد تم مؤخرًا نشر دراسات استفزازية حول آلية تبرعم الحويصلة الداخلية (Hanson et آل ، 2008 Hurley and Hanson ، 2010 Henne et al. ، 2012). أشارت دراسات أخرى إلى السيراميد والدهون الأخرى كوسيط للتكوين الحيوي الخارجي (Trajkovic et al. ، 2008). في اتجاه مجرى تشكيل MVB ، يبدو أن بعض Rab GTPases توجه حركة المرور إلى غشاء البلازما متبوعًا بالالتحام والاندماج ، مما يفتح مجموعة من الاحتمالات للتنظيم الانتقائي. من المعروف أن Rab GTPases تنظم حركة مرور الأغشية ، وقد أظهر العمل الأولي (Vidal and Stahl ، 1993) أن exosomes المعزولة يتم تخصيبها في Rab4 و Rab5. علاوة على ذلك ، سافينا وآخرون. (2002) تورط Rab11 في إفراز الجسيمات الخارجية ، ومؤخراً ، تم تحديد Rab27 و Rab35 على أنهما GTPases التنظيمية (Hsu et al. ، 2010 Ostrowski et al. ، 2010). أظهر العمل الأخير أن عناصر مسار الحقوق الاقتصادية والاجتماعية والثقافية ، ALIX و VPS4 ، تلعب دورًا في إفراز exosomes ، لا سيما تلك المتورطة في الاتجار بالمتلازمة (Baietti et al. ، 2012). أخيرًا ، تمت دراسة الآليات التي تؤدي إلى إفراز الجسيمات الخارجية ، وقد ثبت أن عابر الكالسيوم يؤدي إلى إفراز الجسيمات الخارجية ، مما يشير إلى عملية منظمة بإحكام (Savina et al. ، 2005).

أصبحت Exosomes ذات صلة بالعديد من المجالات ، وسنقوم بالحد من هذه المناقشة والتركيز على عدد قليل من الموضوعات البارزة في علم المناعة والتواصل بين الخلايا. في عام 1996 ، بعد أكثر من عقد من اكتشاف exosomes في الخلايا الشبكية ، Raposo et al. (1996) أظهر أن MVEs المخصب MHC-II (يُطلق عليه "MIIC") في الخلايا الليمفاوية B المدمجة مع غشاء البلازما لتحرير exosomes تحمل MHC-II ، وكانت هذه exosomes قادرة على تقديم مجمعات الببتيد- MHC-II لتنشيط الخلية التائية استجابات. بعد ذلك بوقت قصير ، تبين أن الخلايا المتغصنة تنتج exosomes (Zitvogel et al. ، 1998 Théry et al. ، 2001) مع القدرة على تحفيز استجابات الخلايا التائية (Théry et al. ، 2002). تولد البلاعم أيضًا exosomes ، والبلاعم المصابة بها السل الفطري (MTB) تولد exosomes يمكن أن تظهر MTB ببتيد المستضد- MHC-II معقدات الخلايا الليمفاوية التائية (Ramachandra et al. ، 2010) ، على الرغم من أن هذه الإكسوسومات ، مثل تلك الموجودة في بعض الأنظمة الأخرى ، قد تكون أكثر فعالية في عرض المستضد عند توصيلها بغشاء البلازما للخلايا التي تعرضها إلى T الخلايا (Denzer et al. ، 2000 Théry et al. ، 2002 Vincent-Schneider et al. ، 2002). قد تقتصر قدرة exosomes على التحفيز المباشر للخلايا التائية الساذجة على exosomes من الخلايا التغصنية المزودة بمحفز النضج (Segura et al. ، 2005). ولدت قدرة exosomes على تحفيز استجابات الخلايا التائية اهتمامًا بإمكانية وجود exosomes في التحصين ، لا سيما في مجال مناعة الورم ، لكن التطبيق العملي للإكسوسومات للتحصين أو مناعة الورم لا يزال بعيد المنال.

بالإضافة إلى قدرتها على التأثير على المناعة التكيفية من خلال حمل معقدات الببتيد - معقد التوافق النسيجي الكبير أو مستضد يمكن معالجته بواسطة الخلايا العارضة للمستضد لتقديمه إلى الخلايا التائية ، قد تحمل الإكسوسومات أيضًا جزيئات تحفز الاستجابات المناعية الفطرية. الضامة المصابة MTB أو البكتيريا الفطرية ذات الصلة تنتج exosomes تحتوي على جزيئات ميكروبية والتي قد تشير عبر المستقبلات المناعية الفطرية التي تنظم الخلايا العارضة للمستضد وخلايا أخرى في الجهاز المناعي (بيانات غير منشورة Wearsch و PA و J. . ، 2007). علاوة على ذلك ، فإن العدوى MTB (راماشاندرا وآخرون ، 2010) أو تنشيط الجسيمات الالتهابية (Qu et al. ، 2007 ، 2009) يعزز إنتاج الحويصلات الخارجية وكذلك الحويصلات المجهرية المشتقة من غشاء البلازما. على الرغم من أن معظم الدراسات قد استخدمت خلايا الثدييات كمصدر للإكسوسومات ، فإن الخلايا غير الثديية ، بما في ذلك الطفيليات المسببة للأمراض مثل الليشمانيا، يمكن أن تفرز exosomes ، وقد تنظم exosomes المشتقة من العوامل الممرضة دفاع المضيف والاستجابات المناعية (Silverman et al. ، 2010). وبالتالي ، قد تبث الإكسوسومات جزيئات توقيع العدوى بمسببات الأمراض ، ولا سيما مسببات الأمراض داخل الخلايا ، مما يسمح لخلية مصابة واحدة بالتأثير أو تجنيد العديد من الخلايا الأخرى ، وبالتالي توسيع استجابات المضيف. من ناحية أخرى ، قد يسمح هذا المسار أيضًا بنشر الجزيئات التي تستخدمها مسببات الأمراض لتخريب الاستجابات المناعية وتعزيز استمرار العدوى.

يوجد حاليًا اهتمام كبير بأدوار exosomes في الاتصال بين الخلايا. أحد الجوانب الرئيسية لهذا هو إمكانية توصيل الحمض النووي الريبي المرتبط بالخلايا الخارجية إلى الخلايا المتلقية ، مما يؤثر على تعبير الحمض النووي الريبي والبروتينات والوظائف. يمكن أن تكون هذه الوظائف حاسمة في الاتصال بين الخلايا لتنظيم الاستجابات المناعية أو العديد من أنواع الاستجابات الفيزيولوجية المرضية الأخرى. تم توليد الكثير من الإثارة مع اكتشاف كل من mRNA و microRNA في exosomes المعزولة من الفئران والخلايا البشرية البدينة (Valadi et al. ، 2007) واكتشاف أن الحمض النووي الريبي الخارجي تم تسليمه إلى الخلايا المستهدفة ، حيث كان نشطًا بيولوجيًا. فتح هذا الاكتشاف مجالًا جديدًا للتحقيق. تم استبعاد الشك الأولي في أن وجود الحمض النووي الريبي في الإكسوسومات قد يكون عرضيًا من خلال المظاهرات التي تظهر خصوصية شحنة الحمض النووي الريبي الخارجية. قد تحتوي Exosomes من الخلايا السرطانية على RNA الذي يؤثر على الخلايا الأخرى لتعزيز تطور الورم (Skog et al. ، 2008). قد تنظم الإكسوسومات الحاملة للـ RNA أيضًا خلايا الجهاز المناعي ، بما في ذلك التفاعلات بين الخلايا العارضة للمستضد والخلايا التائية (Mittelbrunn et al. ، 2011). أظهر العمل الأخير أن القدرة على إنتاج exosomes في المختبر يمكن استغلالها لإنتاج "جسيم خارجي مؤتلف" يتضمن التعرف على الجزيئات أو توجيهها لاستهداف الأنسجة المحددة (Alvarez-Erviti et al. ، 2011). يمثل هذا المجال منطقة جديدة مثيرة مع الكثير من النشاط البحثي.

ما الذي سيجلبه المستقبل في مجال أبحاث الجسيمات الخارجية؟ بالإضافة إلى أهميتها للآليات الأساسية للتواصل بين الخلايا ، والإشارات ، والتنظيم ، فإن exosomes والحويصلات الأخرى خارج الخلية قد يكون لها تطبيقات سريرية مهمة في المستقبل (Raposo and Stoorvogel ، 2013). There is much interest in the potential for diagnostics based on analysis of exosomes, as they may bear the protein or RNA signatures of pathological or physiological states of their source cells. Because exosomes may traffic from tissue sites to blood, urine, or other body fluids that are easily accessible, they may make such signatures available for diagnostic utilization. Furthermore, the potential for RNA-bearing exosomes to influence or regulate recipient cells suggests the possibility of therapeutic applications for cancer, amelioration of pathological immune responses (e.g., autoimmunity), and other applications. May the next 30 years bring yet more advances!


10 Great Jobs for People With Biology Degrees—Because You Don’t Have to Be a Biologist

Morsa Images/Getty Images

If you have a biology degree—or you’re about to get one—you may feel like there are only a few jobs that you’re suited for, and almost all of them require further schooling. But as a biology major, you’re qualified for a number of jobs both inside and outside of a lab or a hospital—even if you don’t want to attend professional or graduate school.

When you think of yourself strictly as a biologist, you might be unnecessarily limiting what careers you can have, says Josh Henkin, PhD, founder of STEM Career Services. Apart from scientific knowledge and background, “students in the biological sciences have unique skills that make them great employees in any work setting,” says Kasey Johnson, Employer Engagement Coordinator for Career Services at the University of Minnesota College of Biological Sciences.

In addition to the traditional lecture classes most majors require, biology majors must take a number of laboratory-based classes. They have experience researching and forming plans, following protocols, troubleshooting problems, working with groups, and analyzing the results of their work in order to successfully perform experiments. This translates into a number of transferable skills, or skills that are valuable across a number of workplaces and employment scenarios, including:

  • حل المشاكل
  • التفكير النقدي
  • القدرة على التكيف
  • بحث
  • Developing, testing, and iterating on a hypothesis
  • Literature review
  • Data collection and analysis
  • Laboratory research and safety techniques
  • Understanding and communicating complex scientific and medical topics

What jobs are biology majors qualified for with these skills? Here are 10—and many don’t require any graduate school to land an entry-level role.

Research associates—also called lab technicians, research assistants, and clinical technicians, among many other titles—conduct tests and experiments in a laboratory setting, often as assistants to research scientists. They can work in academic labs at universities and in medical labs in hospitals, clinics, or other testing facilities. Or they might work for research and pharmaceutical companies biological, chemical, and food manufacturers or any other organization that has a laboratory.

Biology majors are well suited for these jobs because of the laboratory experience required by your coursework and the knowledge of research techniques and data analysis skills you gained as a result. You’ll also use your problem solving abilities and communication skills to navigate work within a lab since you’re typically working as part of a team and often trying to find new solutions or troubleshoot problems.

Research associates might choose to go back to school and get a PhD or master’s degree so that they can conduct their own research or hold a higher position within a lab, or they might become a lab manager who coordinates the work, maintains supplies and equipment, and sets procedures within a research laboratory.

Quality control inspectors and analysts monitor the manufacturing of products and make sure that procedures and safety regulations are being followed. Biology majors are especially qualified to do this work at companies producing drugs, vaccines, or any other product where the manufacturing process involves chemicals or requires an aseptic environment. Quality control professionals might also be in charge of monitoring and maintaining the equipment needed for the manufacturing or testing processes.

As a bio major, you’re well versed in basic laboratory procedures and “understand the importance of reviewing the regulations which govern the industry,” says DeNea R. Conner, founder of Advice Tank and a former biology major who has worked in operations, quality control, and management for several leading pharmaceutical corporations and who has hired biology majors for a number of positions. While some quality control jobs only require a high school diploma, those that deal with biology or chemistry usually call for a biology, chemistry, or similar degree.

In addition to monitoring the production of biological and chemical products such as medications, vaccines, and food components, biology majors are also especially suited to manufacturing them. Biological and chemical items—especially those that go into the human body—often need to be produced in a laboratory and/or a sterile setting, a type of process biology majors are familiar with from their lab classes. Putting together these products—or a chemical component of one—typically involves following laboratory protocols and using a number of experimental techniques biology majors likely learned to do in school.

A biology major can also prepare you to work in the assembly of other products, including cars, tech gadgets, or almost any item you can think of. Right now, manufacturing jobs are some of the hardest jobs for companies to fill, Henkin says. The field is becoming more and more technical, and many assembly workers don’t have the required training, but biology majors do. There are also a number of other jobs in the pharmaceutical and biologic manufacturing industry that you’re suited for as a bio major, such as supply chain management and logistics.

Medical and science writers write about healthcare and other scientific topics in advertisements, training manuals, informational pamphlets, articles, and more. They could be writing for a number of audiences, such as doctors and pharmacists, marketers and advertisers, salespeople, manufacturers, or the general public.

For example, as a medical writer, you might write instructions for a piece of laboratory equipment for those who will be using it or a description of the effects of a new drug for a pamphlet for patients. You might work for a pharmaceutical company, a healthcare provider, or a nonprofit organization looking to educate people about a health or science topic. Or you might report and write about health and science for a newspaper, magazine, or another publication (online or in print).

Science and medical writers need to understand complex concepts and communicate them clearly to their intended audience, making this a great job for a bio major with some writing chops.

Science and health policy analysts research, analyze, and evaluate outcomes of possible or existing laws or government programs related to health, medicine, the environment, or any other scientific issue, such as a new environmental regulation or a proposed Medicaid expansion. As a policy analyst, you can work for a nonprofit a science society or other membership-driven organization the federal, state, or local government or any organization involved in lobbying. If you’re interested in federal policy, most jobs are in Washington, DC and the surrounding areas.

You may be able to find an entry-level policy position with just a bachelor’s degree in biology (and the federal government and many state and city governments have special programs and fellowships to allow you to do just that), but to move up in your career you might need further schooling.

Marketing coordinators create or assist in the creation of marketing campaigns. They also conduct market research and analyze results of different marketing initiatives.

Biology majors have the research and analysis skills needed for these positions, but they also have the background knowledge needed to work in marketing specifically in the science, health, and biotechnology spaces. You can work for a marketing agency or for a company that does its own marketing such as a nonprofit, pharmaceutical company, biotech company, telehealth organization, or a health tech startup.

As a biology major, you already “speak their language,” Henkin says. And if you have strong communication skills, you’ll be able to break down complex science topics in a way that makes the company’s products marketable and easy to understand.

Approximate average salary for public health program managers: $67,000 (based on salary info for this similar role, according to a public health careers expert)

Public health program managers design, implement, coordinate, oversee, and evaluate health programs that may seek to increase public awareness of a health topic, provide access to social and community services, or strengthen the overall health of the public. You might work for a government agency, hospital, university, nonprofit, or other NGO (non-governmental organization) to implement programs locally, or if you’d like to help people around the world, you can work for an international health or international development organization.

Program managers need to have good analytical, interpersonal, and organizational skills as well as background knowledge in the subject their programs cover, making this a good fit for biology majors. You might be able to find entry-level program management positions with just a bachelor’s degree in biology, but many entry- or higher-level jobs will require a master’s degree in public health, biology, or similar.

Pharmaceutical and medical device sales representatives go into doctors’ offices, hospitals, and other healthcare facilities to sell their products to medical professionals.

Biology majors are especially suited to these sales professions because “they understand the science behind the product being sold,” Conner says, which helps them make a stronger case for what they’re selling—for example, a new medication or a type of MRI machine—and ensures that the information they’re sharing with medical professionals is accurate.

If you’re a biology major who wants a job where you get to interact with a lot of people, this is a great choice. Plus, pharmaceutical and medical device sales are two of the highest-paying sales jobs, partially due to the potential to earn commissions and bonuses.

Research scientists review past and current research, formulate and test hypotheses, conduct tests and experiments, and analyze and present their findings. Research scientists are responsible for everything from developing new medications and vaccines to combating climate change to tracking and preserving endangered species to creating new technologies. Most research scientists—including biologists, chemists, and pharmacologists—work in a laboratory setting, but for some specialities, such as wildlife biology, ecology, or atmospheric chemistry, large amounts of research happen “in the field.”

Biology majors are especially suited for these careers by design—their classes provide the background knowledge and their lab work teaches them the techniques and procedures they’ll use and build on throughout their careers. However, to become a research scientist, biology majors need to obtain a master’s degree (approximately two years) and a PhD (approximately four to six years) or just a PhD in their chosen area of specialization—for example, neurobiology, instrumental chemistry, biochemistry, or computational biology. To work for a university, post-doctorate programs are usually required and can last from one to five years. Research scientists can also work for private research companies (known as “in industry) for the government or for museums, zoos, and other educational facilities.

Average salary for doctors in general practice: $154,220 (general practice is just one example salaries are highly variable based on specialty)

It should come as no surprise that medicine is a top career choice for biology majors. Doctors diagnose and treat patients, perform tests and medical procedures, and stay on top of the latest research in their fields. Depending on their specialties, doctors might also perform surgery, administer anesthesiology and other drugs, or read and interpret scans and test results, among many other responsibilities. Doctors often work long hours, and the job can be extremely stressful.

A biology major provides the background knowledge and most or all of the prerequisite courses needed to take the MCAT and attend medical school. After four years of medical school, doctors must also complete a residency in their desired specialty, which can last from three to seven years, and some choose to do an additional fellowship after residency to further specialize. If you’d like to do clinical research as a medical doctor, you may have to also obtain a PhD or attend a specific MD/PhD program.

If none of the jobs on this list speak to you as a biology major, keep in mind that this is just a small sampling and by no means everything you’re qualified for. “We see biology majors graduating and going on to great careers in many different fields,” Johnson says. In addition to these jobs, students also go on to work in “scientific education (at an environmental learning center or science museum), park services, healthcare, forestry, biotechnology, genetic counseling, and more.” You might also choose to attend a professional school to become a physical or occupational therapist, a dentist, or a pharmacist. But really, whatever interests you, Johnson says, you’ll be able to learn the new skills you need on the job or through training because bio majors are adaptable, critical thinkers.

Regina Borsellino is a NYC-based editor at The Muse covering job search and career advice, particularly resume best practices, interviewing, remote work, and personal and professional development. Before joining The Muse, Regina was an editor for InvestorPlace, where she also wrote about topics such as investing and biotech companies. She holds a BA in English language and literature from the University of Maryland and an MFA in creative writing from American University. Find her on LinkedIn and Twitter.


Product info

Good digestive and respiratory health are critical to our quality of life. Thankfully, Mother Nature has our back! Licorice is an incredible plant the earth provides us with that offers support for these health systems. We’ve taken what the earth gave us and made it available for you in a potent 10:1 liquid extract for your ease and convenience!

  • عضوي
  • Kosher
  • نباتي
  • باليو
  • خالي من الغلوتين

  • Soothes and supports the health of the digestive tract
  • Supports respiratory health
  • Potent 10:1 water extracted alcohol-free formula
  • Contains herbal equivalent of 2,000mg of licorice in one serving
  • Created with Purified Water, Organic Glycerin and Organic Lemon Juice
  • Can take direct or add to water, juice or smoothie
  • USDA Organic, Alcohol-Free, Gluten-Free, Non-GMO, Kosher, Corn-Free, Vegan & Paleo Friendly
  • No Citric Acid, Fillers, Additives, Artificial Flavors or Natural Flavors

How to Use

Serving: As a dietary supplement, take 2 dropperfuls (2mL) a day. One serving is approx 50-58 drops. Licorice is best taken in a cycle, 2 weeks on, then 2 weeks off.

Storage: Store in a cool, dark place.

الموانع: استشر طبيبك قبل الاستخدام إذا كنت حاملاً أو مرضعة أو تعاني من حالة طبية أو تتناول أي دواء. Immediately discontinue use and consult your doctor if you experience any adverse reaction to this product.


6 “Smart” libraries and applications of enzyme engineering

While the BASF process uses a wild-type enzyme, stabilized through immobilization, a strong interest in enzyme engineering has developed in industry. One major barrier to directed evolution is screening. In Frances Arnold's original paper, 94a the enzyme was secreted from colonies of bacteria and digestion of the substrate in plates could be easily observed by a decrease in turbidity, thus allowing the screening of a large number of variants relatively easily. However, in general screening is not straightforward and usually it is the bottleneck. This is tackled on two fronts: development of faster high-throughput screens, as well as reduction of the size of libraries by increasing the proportion of hits. While the former is often highly specific to the (class of) enzymes being evolved, more general concepts exist for the latter. 109 For example, the structure of the enzyme may be used to assess which recombinations are more likely not to disrupt the overall fold of the enzyme, in a process called SCHEMA, 110 which can then be used to reduce the size of combinatorial libraries.

Advances in the understanding of protein structures as well as dynamics have increasingly allowed target residues to be identified with more reliability than was previously possible, reducing the need for random mutagenesis across the whole gene although it remains a valuable tool. 111 This is accomplished using increasingly sophisticated bioinformatic tools, to allow for the docking of substrates into active sites, molecular dynamic simulations, and protein structure modeling, which can aid to predict the likely effect of potential mutations. One very powerful tool that has emerged is Rosetta, which also has been applied for the complete من جديد design of proteins. 112 The availability of increasing numbers of structures of diverse enzymes within a given family, and the even larger availability of sequences (due to next generation high-throughput sequencing technologies) allow points of natural variation to be identified which may then be targeted. The flexibility of residues as determined by X-ray crystallography may also help identify target regions. 113 Alternatively, random mutagenesis might be used to identify hotspots which are then further investigated by more targeted mutagenesis. 114 In addition, the amino acids found in nature for a given position can inform which substitutions to include in a given library. 115

Several residues may be targeted together, to increase the chance of detecting synergistic effects of mutations. One such approach is combinatorial active site testing (CASTing), developed by Manfred Reetz, 116 whereby multiple residues lining the active site are saturated at the same time, allowing for synergistic effects between mutations to emerge. This has been particularly successful in changing enantioselectivities and substrate scopes of enzymes. 107, 117 Amine dehydrogenases (AmDH) were created from amino acid dehydrogenases in this way. 118 Several sites of interest (each potentially consisting of multiple residues) may be targeted sequentially, in a process call Iterative Saturation Mutagenesis (ISM), also developed by Reetz. 119

Statistical tools and machine learning are also a powerful way to increase the efficiency of directed evolution, 120 such as the use of protein sequence activity relationships (ProSAR). 121 In an initial library, mutations are classified as beneficial, neutral, or detrimental and can inform which mutations to incorporate into subsequent libraries, as opposed to taking the best overall variant and generating a new library. This strategy was successfully applied by Codexis in the engineering of a halohydrin dehalogenase (HHDH) for the synthesis of (ر)-4-cyano-3-hydroxybutyrate, a key intermediate for the synthesis of atorvastatin, a cholesterol-lowering drug. 122 Overall, the volumetric productivity was improved 4000-fold over 18 rounds of evolution and 35 mutations were introduced, meeting the process requirements for the enzyme. The authors note that half of the mutations introduced in the final variant were initially not present in the best variant when selected and would have been missed in a hit-based approach. While this approach can reduce screening efforts, it requires a larger sequencing effort. However, this has become increasingly possible as the cost of DNA sequencing has steadily declined. 81

Codexis and Merck combined several of these approaches to engineer a transaminase for the synthesis of sitagliptin. Starting from an enzyme with no activity toward the substrate and minimal activity toward a truncated analogue, 11 rounds of engineering (Figure 14) led to a catalyst that outcompeted the alternative rhodium-catalyzed reductive amination process in terms of efficiency, yield, enantioselectivity, and waste formation. Overall, 27 mutations were introduced using a combination of site-saturation mutagenesis, combinatorial libraries (including diversity from homologous sequences), proSAR, and epPCR, screening a total of 36480 variants. 123 Highlighting that, even with the use of tools to maximize the efficiency of evolution, a huge screening effort may still be required for significant catalyst improvements.

Evolution of ATA-117 to produce sitagliptin, 123 compared to the chemocatalytic route using a rhodium catalyst. Over 11 rounds of evolution, the conditions of the screening (substrate loading, temperature, cosolvent concentration (Rd 3–6 MeOH, otherwise DMSO) were gradually increased to the process level. Overlaid is the steady increase in conversion under process conditions, as well as the increase in the total number of mutations (note, several mutations changed throughout the process).

In another more recent example, GSK evolved an imine reductase (IRED) to meet the process requirements for the synthesis of the LSD1 inhibitor GSK2879552, currently in clinical trials. 124 Screening of their in-house panel (of at least 85 IREDS) 125 revealed a suitable candidate for mutagenesis. Given the scarcity of structural data on IREDs and that their highly dynamic mechanism is not fully understood, an initial round of site-saturation mutagenesis was carried out on 256 out of 296 positions. Beneficial mutations from that round were then used to generate combinatorial libraries, which were then analyzed using the proprietary CodeEvolver software from Codexis. Statistical analysis was performed to identify pairwise interactions of beneficial mutations which were then included in another combinatorial library in a final third round of evolution, yielding an enzyme with 13 mutations that met or exceeded the process requirements, resulting in improved sustainability metrics over the previous route (Figure 15). The enzyme was then used to synthesize 1.4 kg of GSK2879552 for use in additional rounds of clinical trials.

Engineering of an IRED for the synthesis of GSK2879552, and the alternative chemical route. Insert: improvement of the catalyst over 3 rounds of evolution acceptable operating space (black dotted line), wild type IR-46 (grey), M1 (orange), M2 (green), M3 at small scale (blue) and process scale (red). Adapted from Schober وآخرون. 124

Increasingly, directed evolution has also been applied to create enzymes carrying out reactions not observed in nature, by exploiting the promiscuous nature of enzymes (Figure 16). Frances Arnold's group reported on the evolution of a cytochrome c (cyt c), 126 a protein without any catalytic role in nature, to form carbon-silicon bonds, a reaction not observed in nature. After screening several P450 enzymes, myoglobins, and cyt c variants, they identified a cyt c from Rhodothermus marinus with low levels of catalytic activity for this reaction. Iterative site-saturation mutagenesis of just three key residues – an iron coordinating methionine, and two additional residues close to the heme group – resulted in a catalyst with a total turnover number (TTN) of >1500, a>33-fold improvement over the wild-type (wt) and a >375-fold improvement over free heme, outperforming the best chemical catalysts for this reaction. In addition, the turnover frequency (TOF) was increased 7-fold, the reaction proceeded with nearly perfect enantioselectivity, and was chemoselective for carbene insertion into silanes over alcohols and amines (Figure 16).

Top: Exploiting enzyme promiscuity to evolve new catalytic activity. Enzymes often exhibit promiscuous activity toward non-native substrates or reactions. By applying directed evolution, a “specialist” enzyme might be transformed into another specialist enzyme for the new activity, at the cost of diminishing its original function. Such a transformation proceeds through a “low-fitness valley” where the enzyme is not very good at either the new or the original function. Figure reproduced from ref. 93 Bottom: This concept was applied to evolve a cytochrome c from Rhodothermus marinus (without any native catalytic function) to catalyze Si−H carbene insertions. 126 The final variant was 33x more active than the parent and became more specialized for Si−H insertion over N−H insertion chemistry, both promiscuous activities of the wt.

Clearly, in addition to the generation of efficient libraries, the choice of template was key in both examples above. Indeed, modern genomics has created huge databases of genes and it has become incredibly easy to identify new sequences that likely have a given catalytic function. The dramatic reduction in cost of synthetic genes has made it possible to create panels of these sequences, in a way producing a “smart” library of sequences already pre-selected by natural evolution. The likely function of a DNA sequence may be determined from sequence similarity to other proteins of known function (using search algorithms such as BLAST), 127 as well as the identification of motifs. 128 In addition, structure based searches of crystal structures of unknown function may yield new biocatalyst. 129


Looking Back at the Early Times of Redox Biology

A peer-reviewed article of this Preprint also exists.

Flohé, L. Looking Back at the Early Stages of Redox Biology. مضادات الأكسدة 2020, 9, 1254. Flohé, L. Looking Back at the Early Stages of Redox Biology. Antioxidants 2020, 9, 1254. Copy

Journal reference: Antioxidants 2020, 9, 1254
DOI: 10.3390/antiox9121254

استشهد على النحو التالي:

Flohé, L. Looking Back at the Early Stages of Redox Biology. مضادات الأكسدة 2020, 9, 1254. Flohé, L. Looking Back at the Early Stages of Redox Biology. Antioxidants 2020, 9, 1254. Copy


Read on for 8 more majors for med school that don’t include the obvious biology route.

1. Business

People say money makes the world go round, and where there’s money, there’s business. While not a science-related major, business plays a major role in the way hospitals and clinics function. Numerous specialties or tracks that fall under the business umbrella include marketing, sales, management and even finance. Business offers a more economic and financial perspective on medicine. So if topics like hospital management, workers’ financial rights or the price of pharmaceuticals interest you, a business degree will help you understand how those concepts impact modern medicine. It also teaches students about teamwork and project management—strong foundations of any successful business. “We learned a lot about communication, marketing, managing a project and being part of a team. And now that I’m starting to see how things work in a hospital, it’s basically all team-based project management,” UCLA third-year medical student Ethan Osias said. “So, I think that that knowledge and experience I got from being a business major was definitely beneficial and will continue to be beneficial for me as I continue throughout my medical education,” Osias said. A business degree can offer more insight into a side of a doctor’s job you probably never considered.

2. Physiology

Students with biology degrees have probably chosen specialties or tracks to narrow their studies down, and physiology proves as one of those tracks that looks at the mechanisms in living systems. It takes a closer look at how organ systems, cells and biomolecules function. “They cover the entire body, every organ system a few weeks at a time and would cover the entire body by the end of their bachelor’s degree,” Ohio State University fifth year MD/Ph.D. student Farbod Fazlollahi said. Physiology focuses more on organisms’ systems, unlike biology which encompasses everything from plant life and entire biomes to molecules and cells. Learning about living systems will act as extremely helpful knowledge to enter medical school with because the information mirrors that of the med school curriculum. Considering that you can casually talk about the four chambers of the heart for hours on end, you’ll have an edge on other students because of your deeper understanding of the way the body works.

3. Spanish

As a physician, you’ll treat numerous people per day, each one just as unique as the one before. Doctors see lots of diversity in their hospitals or clinics, and a Spanish major would increase your ability to treat more people. After all, Spanish makes up the second most spoken language in the U.S. Polyglots in any profession have an advantage because it allows them to help more people. “When you think about the medical treatment population, particularly in disadvantaged areas, there’s an overwhelming majority of language need for Spanish in those places,” Georgetown University Assistant Dean Michael Parker said. Other helpful languages include Chinese, French and German, so if Spanish doesn’t necessarily hit a sweet spot for you, maybe these other in-demand languages will. As a Spanish major, you could have the opportunity to complete a language immersive study abroad program. This also allows you to examine different systems of study, healthcare and cultures. Surprising a patient with the fact that you can speak their language will form much stronger connections in such a people-based career.

4. Neuroscience

Considering the fact that the brain controls our thoughts, memories, speech, movement and organ functions, future doctors would to do well to study it as much as possible. Neuroscience students study all things involving the nervous system and in terms of the human body, this means it focuses mostly on the brain and spinal cord. People consider neuroscience as one of the hardest majors because it involves many challenging math and science classes in all different areas. For example, you might load your schedule with Molecular and Cellular Biology, Calculus I and II و Organic Chemistry. Whereas if you choose to study biology, chemistry or physics, you’ll probably have to take the basics of all the hard sciences but really not much more than that. Neuroscience encompasses all those subjects and more. But don’t worry — because a challenging major like neuroscience may just better equip you for med school more than you think.

The field of neuroscience also rapidly changes and progresses, so students get exposed to cutting edge research very early in their studies. You’ll likely have an easier time studying neuro in med school than other students because you’ll understand the concepts easier as you reference the familiar major in undergrad. “When we got to the neuro part of med school, people had been warning me all year long, like ‘neuro is going to be killer,’ ‘it’s the hardest part of med school,’ ‘there’s so much to learn,’ ‘it’s going to be so intense.’ And it wasn’t. The other neuro students in my class agreed, like we had an easier time with anatomy,” UCLA neuroscience alumni Fazlollahi said. The challenge in your undergraduate years as a neuroscience major will serve you well in med school, not to mention all the cool courses you take to deeper understand the workings of the brain.

5. Political Science

It may not seem like the political science and medicine fields overlap much, but the two actually have lots in common and connect frequently. A political science major analyzes systems of government, political activities and political ideologies. Politics plays a major role in medicine and healthcare. With different proposed bills in Congress and presidential candidates promoting their idea of the best nationwide healthcare system, or lack of one, medicine gets governed by certain laws just like any field. A political science degree will give you more knowledge and understanding of healthcare topics like health equity, racism and health, mental health, immigrant health and vaccines. The role of politics in these various topics affect how physicians treat their patients. A greater understanding of that role will allow doctors to recognize the inequalities in the U.S. healthcare system and truly strive for change as they work.

6. Criminology

If you’ve ever watched crime shows like CSI, عظام, NCIS و عقول إجرامية, you know the important part science plays in finding evidence, creating a case and getting a conviction. Criminology majors study crime and deviant behavior. Surprisingly, their research draws from all walks of science-based studies like sociology, psychology, anthropology, biology and even chemistry. “In criminology, you learn a lot more about systematic violence and how that incorporates into healthcare. And that gives you more of an insight as a future physician to kind of help change that,” University of Maryland fourth year and co-president of UMD’s American Medical Student Association Sahana Chakravartti said. Med students with a criminology background better understand how society deals with victims of crime and criminals themselves. Issues that criminology majors might find interesting include medical treatment of sexual assault victims, the prison healthcare system and trauma. A criminology background may seem like a pretty specific area of interest, but it provides a unique perspective on certain aspects of the U.S. healthcare system that’ll only make you more interesting as a prospective med student.

7. Philosophy

Philosophy may seem like a far cry from a hard science major, but many of the early philosophers proposed ideas that relate to math, physics, chemistry, biology and psychology. In your introduction classes to many of these subjects, you’ll learn about Sir Isaac Newton’s المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية and Aristotle’s systematic scientific inquiry. Philosophy majors will have a greater understanding of the ethical philosophy theories that doctors use to make decisions about treatment. In medical school interviews, you can expect to answer at least a few ethical questions like, “What are your thoughts on abortion?” or “What are your thoughts on physician-assisted suicide?” A philosophy background can help you answer those mind-boggling questions as well as provide you with knowledge in real-life situations.

8. Public Health

This major has “health” right in its name, but it focuses more on the big picture — looking at society as a whole instead of one individual. Public health strongly relates to medicine in that it has the goal of preventing diseases and prolonging life. Public health majors promote healthy behaviors like hand washing, vaccinations and condom distribution. Renowned departments and organizations like the Centers for Disease Control and Prevention and the World Health Organization also focus primarily on public health. A medical student with a public health degree would understand the practices and measures people and organizations take to prevent the spread of disease. As a doctor, you might already have the goal to improve people’s quality of life, but a public health degree will teach you exactly how to make those ideals a reality for society as a whole.

Is Biology Really the Best Major for Med Students?

On your way to med school, keep in mind the number of options that not only will benefit you but also interest you. Biology may seem like the obvious choice, but medicine as a field encompasses much more than bio, as does any field encompass more than the obvious or direct. Med schools will look for applicants who can think logically but also creatively, who can recite all 206 bones in the human body and who can eloquently simplify a complicated medical diagnosis for a patient.

Don’t think that you’ll have to give up one passion for another. Med school programs also increasingly hope to allow students to incorporate other disciplines into the medical field, so having a well-rounded education pays off when it comes to med school applications. “We have a lot of physician innovators that are now coming in. It’s become something that is incredibly popular,” UC San Diego first-year med student and MCAT tutor Dhruv Puri said. Many schools have programs that allow students to study beyond the medical perspective, also exploring the socioeconomic and cultural perspectives.

Sometimes, students tend to choose a major they think will make them most successful, instead of using college as a chance to explore their passions and discover what they love. “I think that an undergraduate education is one of the best, and perhaps one of the last times in a student’s life that they’ll have the ability to study in an interdisciplinary way. And so I would caution students that feel they have to be one track minded about their degree,” Parker said. "Much can be accomplished through an interdisciplinary perspective to education and majoring in something nontraditional certainly does not exclude someone from being eligible to apply for medical school.” When choosing a major, remember that your end goal does not have one set route. College fosters curiosity, so take advantage of your experience and make college your oyster.

**Updated on December 27, 2017 to include “How to Choose the Perfect Pre-Med Major for You” and “5 Resume Boosters Pre-Med Majors Need to Get that MD” by Mariya Khan

***Updated July 7, 2020 to include “1o Good Majors for Med School That Aren’t Biology” and “Is Biology Really the Best Major for Med Students?” by Devon Milley


شاهد الفيديو: أحياء منهاج ليبي الجهازالعصبي في الثديات الجزء الأول والثاني (كانون الثاني 2023).