Informacija

Umiru li bakterije od starosti?

Umiru li bakterije od starosti?



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.

Znam da se stanice sisavaca barem prestaju dijeliti kad su stare, a zatim umiru programiranom staničnom smrću. Zatim ih moraju zamijeniti druge stanice.

No u koloniji bakterija svaka se stanica replicira za sebe. Očigledno, ako bi podjela bakterijske stanice generacije N proizvela dvije nove stanice generacije N+1, a sve bakterije umrle od starosti u generaciji M, ne bi ostalo bakterija.

Pa kako je regulirano kod bakterija? Jesu li njihove podjele jednostavno neograničene? Zar stanica nikada ne umire i samo se zauvijek dijeli?


Ovo je zanimljivo pitanje i dugo se mislilo da oni ne stare. U međuvremenu se pojavljuju neki novi radovi koji govore da bakterije doista stare.

Starenje se može definirati kao nakupljanje negenetskih oštećenja (na primjer oksidativno oštećenje proteina) tijekom vremena. Ako se nakupi previše ovih oštećenja, stanica će na kraju umrijeti.

Čini se da postoji zanimljiv način za bakterije. Drugi rad koji je citiran u nastavku otkrio je da se bakterije ne dijele simetrično na dvije stanice kćeri, već se čini da su se podijelile u jednu stanicu koja prima više oštećenja i onu koja prima manje. Potonji se može nazvati pomlađenim i čini se da osigurava da se bakterije mogu naizgled zauvijek podijeliti. Korištenje ove strategije ograničava ne-genetsko oštećenje na relativno mali broj stanica (ako uzmete u obzir mehanizam udvostručavanja) koje bi na kraju mogle umrijeti kako bi spasile ostale.

Pogledajte sljedeće publikacije koje idu u detalje (prva je sažetak druge, ali vrijedi je pročitati):

  1. Stare li bakterije? Biolozi otkrivaju da odgovor slijedi jednostavno
    ekonomija
  2. Vremenska dinamika starenja i pomlađivanja bakterija
  3. Starenje i smrt u organizmu koji se razmnožava morfološki simetričnom podjelom.

Bakterije: Fosilni zapis

Možda se čini iznenađujućim da bakterije uopće mogu ostaviti fosile. Međutim, jedna posebna skupina bakterija, cijanobakterije ili "plavo-zelene alge", ostavile su fosilne zapise koji sežu daleko u pretkambrij-najstariji poznati fosili slični cijanobakterijama stari su gotovo 3,5 milijardi godina, među najstarijim fosilima koji trenutno postoje znan. Cijanobakterije su veće od većine bakterija i mogu lučiti debelu staničnu stijenku. Što je još važnije, cijanobakterije mogu tvoriti velike slojevite strukture, tzv stromatoliti (ako više ili manje ima oblik kupole) ili onkoliti (ako je okrugla). Ove strukture nastaju kao podloga cijanobakterija koja raste u vodenom okolišu, hvatajući sediment i ponekad lučeći kalcijev karbonat. Kad su vrlo tanki, fosilni stromatoliti mogu sadržati izvrsno očuvane fosilne cijanobakterije i alge.

Gornja slika je kratki lanac stanica cijanobakterija, iz Bitter Springs Cherta iz sjeverne Australije (star oko 1 milijardu godina). Vrlo slične cijanobakterije danas su žive, većina fosilnih cijanobakterija gotovo se može odnositi na žive rodove. Usporedite ovu fosilnu cijanobakteriju sa ovom slikom žive cijanobakterije Oscillatoria:

Grupa prikazuje vjerojatno najžešći konzervativizam morfologije od svih organizama.

Osim cijanobakterija, prepoznatljive fosilne bakterije nisu osobito raširene. Međutim, pod određenim kemijskim uvjetima, bakterijske stanice mogu se zamijeniti mineralima, osobito piritom ili sideritom (željezni karbonat), tvoreći replike nekada živih stanica, ili pseudomorfi. Neke bakterije luče omotače obložene željezom koje se ponekad fosiliziraju. Drugi mogu probušiti školjke ili stijene i formirati mikroskopske kanale unutar ljuske koje se nazivaju takvim bakterijama endolitika, a njihovi se dosadi mogu prepoznati kroz fanerozoik. Bakterije su također pronađene u jantaru - fosiliziranoj smoli drveta - i u mumificiranom tkivu. Također je ponekad moguće zaključiti prisutnost bakterija koje izazivaju bolesti iz fosilnih kostiju koje pokazuju znakove zaraze dok je životinja bila živa. Možda su najnevjerojatniji fosili koje su ostavile magnetobakterije-skupina bakterija koje unutar svojih stanica tvore malene kristale magneta (željeznog oksida) veličine nanometara. Kristali magnetita koji se mogu identificirati kao bakterijski proizvodi pronađeni su u stijenama starima čak dvije milijarde godina - u veličini od nekoliko stotina milijuna milionitih metara, oni drže rekord za najmanje fosile.

NOVOSTI FLASH!Jedna od najtoplijih znanstvenih vijesti ovog desetljeća je otkriće mogućih ostataka organizama nalik bakterijama na meteoritu s Marsa. No jesu li to doista fosili? Kako bismo mogli saznati jesu li stvarni ili ne? A što bi nam mogli reći o povijesti Marsa - i životu na vlastitom planetu? Paleontolozi zajedno sa svemirskim znanstvenicima pokušavaju odgovoriti na neka osnovna pitanja o mogućim "marsovskim bakterijama". Naposljetku će na ovom poslužitelju biti postavljena izložba koja se bavi "marsovskim mikrobima". Dok ne bude spremno, možete pregledavati fotografije i novinske članke o pronalasku ili saznati više o meteoritima na Marsu zahvaljujući NASA -inom laboratoriju za mlazni pogon. -> Pročitajte UCMP-ovo istraživačko izvješće: "Bakterije i protozoe iz srednje krede jantara okruga Ellsworth, Kansas." Saznajte više o fosiliziranim filamentoznim bakterijama i drugim mikroorganizmima, pronađenim u jantaru krede - jedinstvenom načinu očuvanja. Ovo izvješće izvorno je objavljeno godine PaleoBios 17 (1): 20-26. Doktor Raul Cano sa Kalifornijskog politehničkog državnog sveučilišta u San Luis Obispu uspio je izolirati i oživjeti bakterije uzete iz unutrašnjosti fosiliziranih insekata zarobljenih u jantaru. Pročitaj sve o tome!

Fosilnu sliku goveda iz gorkih izvora, dao J. William Schopf. Slika o Oscillatoria osigurali su Alejandro Lopez-Cortes (CIBNOR, Meksiko), Mark Schneegurt (Državno sveučilište Wichita) i Cyanosite.


Znanstvenici otkrivaju fascinantne 'odjeljke' u bakterijama

Zasluge: CC0 Public Domain

Bakterije-sićušni i u nekim slučajevima smrtonosni jednostanični organizmi-daleko su složenije nego što se obično misli.

Pregledni rad Monash Biomedicine Discovery Institute (BDI), objavljen u časopisu visokog učinka Nature Reviews Microbiology, baca svjetlo na organele, unutarnje odjeljke u bakterijskim stanicama koji drže i podržavaju funkcije bitne za njihov opstanak i rast.

Profesor BDI -a Trevor Lithgow i izvanredni profesor Chris Greening, stručnjaci za biologiju i fiziologiju bakterijskih stanica, pozvani su da pregledaju dostupnu znanstvenu literaturu diljem svijeta kako bi učvrstili najnovija znanja o organelama.

"Donedavno je postojao vjekovni vijek da su bakterije jednostavno vrećica enzima, najjednostavnija vrsta stanica", rekao je profesor Lithgow. "Nova dostignuća u slikanju nanometrima pokazala su da ih unutarnji odjeljci - organeli - čine vrlo složenima."

Krioelektronska mikroskopija i mikroskopija super rezolucije omogućili su znanstvenicima da otkriju djelovanje bakterijskih organela, čiji je promjer obično 10.000 puta manji od glave igle. BDI je prednjačio u Australiji u prihvaćanju i razvoju uporabe ovih tehnologija, rekao je profesor Lithgow.

"Bilo je korisno iskustvo raditi ovaj znanstveni pregled i biti u mogućnosti prikazati široki raspon poslova koji pokazuju složenost bakterijskih stanica", rekao je.

Organele omogućuju bakterijama da čine izvanredne stvari. Pomažu fotosintezi bakterija u slabo osvijetljenim okruženjima, razgrađuju otrovne spojeve poput raketnog goriva ili se čak orijentiraju u odnosu na Zemljino magnetsko polje postavljajući magnetske čestice željeza. Neke bakterije koriste plin prikupljen unutar organela za kontrolu uzgona kako bi se pustile da se podignu ili uđu dublje u vodu, omogućujući optimalan pristup svjetlosti i hranjivim tvarima za rast i podjelu.

Istraživanje i razumijevanje zamršenosti bakterijskih stanica nije važno samo za znanstvena znanja, već i za biotehnološke primjene te za rješavanje globalnih pitanja ljudskog zdravlja.

"Organele omogućuju mnogim bakterijama obavljanje funkcija korisnih za nas, od podrške osnovnoj funkciji ekosustava do omogućavanja svih vrsta biotehnološkog napretka. No, nekoliko patogena koristi organele za izazivanje bolesti", rekao je izvanredni profesor Greening. "Smrtonosni patogen koji uzrokuje tuberkulozu, na primjer, uklanja masne molekule iz vlastitog tijela i pohranjuje ih kao rezerve energije u organelama, pomažući patogenu da godinama opstane u našim plućima, ugrožavajući liječenje i čineći vjerojatnim pojavu rezistencije na lijekove."

Suzbijanje infekcija otpornih na lijekove ključni su problemi ljudi u 21. stoljeću, rekao je profesor Lithgow. "U ovo doba COVID-19 broj umrlih od virusnih infekcija je strašan, ali projekcija je da će do 2050. najmanje 22 000 Australaca (i 10 milijuna ljudi u svijetu) umrijeti svake godine zbog infekcija uzrokovanih lijekovima. otporne bakterije ", rekao je.


Rezultati

Stanice su iz jedne stanice izrasle u jednoslojnu mikrokoloniju koja je sadržavala do 500 stanica, a slike s vremenskim odmakom (vidi Video S1 za primjer filma) analizirane su s prilagođenim automatiziranim softverom dizajniranim za tu svrhu. Pratili smo 94 takve kolonije, što je rezultiralo potpunim zapisom od diobe do diobe, od 35.049 stanica. Kako su povijest i fizički parametri svake stanice u mikrokoloniji poznati te se prati identitet svakog pola, može se odrediti potpuna loza. Rezultirajuće loze iz svakog filma bile su prosječne za svaki jedinstveni položaj stanice unutar loze. To se može predstaviti kao jedno stablo koje se račva, gdje je svaka točka grane prosječna ćelija za taj položaj u lozi, a duljina linija koje povezuju stanice s njihovim potomcima proporcionalna je brzini rasta stanice (slika 2) . Na svakoj podjeli u stablu, stanica koja nasljeđuje stari pol matične stanice predstavljena je na desnoj grani bratskog para (crveno), dok je stanica koja nasljeđuje novi pol na lijevoj grani (plavo).

Prva podjela u mikrokolonijama nije predstavljena, budući da identitet polova nije poznat tek nakon jedne podjele (stoga svaka početna ćelija dovodi do dvije loze koje se prate zasebno, a zatim se kombiniraju iz svih filmova kako bi se stvorila jedna prosječna loza prikazano ovdje). Duljine linija koje povezuju stanice s njihovim potomcima proporcionalne su prosječnoj brzini rasta te stanice, a duža linija predstavlja veću stopu rasta te stanice. Pri svakoj podjeli ćelija koja nasljeđuje stari pol smještena je s desne strane diobnog para i prikazana crvenom bojom, dok su novi polovi postavljeni s lijeve strane svakog para i prikazani plavom bojom (imajte na umu da je ovaj izbor orijentacije nije isto što i slika 1, radi lakše usporedbe starih i novih polnih linija). Budući da položaj početka linije rasta za svaku novu generaciju ovisi o generacijama koje su joj prethodile, razlika u stopama rasta je kumulativna. Zelene crte označavaju točku na kojoj se prva stanica dijeli u posljednje četiri generacije. U ovo stablo uključeno je devet generacija iz 94 filma s 35.049 stanica. Prosječna stopa rasta svih stanica odgovara vremenu udvostručenja od 28,2 +/− 0,1 min. Podaci korišteni za generiranje prosječne loze navedeni su u skupu podataka S1.

Uzorak brzih i sporih stopa rasta u ovoj prosječnoj lozi daje upečatljive dokaze o reproduktivnoj asimetriji između potomskih stanica, jer su stanice koje pokazuju kumulativno usporenu stopu rasta (kraće linije) one stanice koje su češće naslijedile stari pol tijekom njihovo porijeklo. Kako bismo provjerili je li ovaj uzorak u prosječnoj lozi zapravo posljedica razlike u brzini rasta između novih i starih polnih stanica, proveli smo parnu usporedbu svakog niza sestrinskih stanica nastalih u osmoj generaciji u svakom od filmova. Kako sestrinske stanice dijele vremensko i prostorno okruženje, ova usporedba kontrolira potencijalne varijacije okoliša unutar mikrokolonije. Usporedba (dvostrana t-test) uključuje stanice svih dobnih skupina i pokazuje da je prosječna stopa rasta stare polne potomstvene stanice 2,2% (+/− 0,1%) sporija od one nove polne stanice. Ova analiza, provedena na 7.953 parova stanica, zaključno pokazuje (str & lt 0,00001, t = 14.40, df = 7952) da stanica koja nasljeđuje stari pol raste sporije od nove polne ćelije proizvedene u istoj podjeli. Dva faktora iz istog skupa podataka pokazuju nedostatak mladenačke faze u E coli. Prvo, usporedba potomskih stanica pokazuje da je nova polna stanica u prosjeku nešto veća (0,9 +/− 0,1% str & lt 0,00001, t = 5.62, df = 7952) nego stara polna ćelija (suprotno bi se očekivalo u prisutnosti mladenačke faze). Drugo, vjerovatno je da će se mlada polna stanica marginalno podijeliti ranije od stare polne ćelije (u oko 15% slučajeva stanice se dijele unutar iste 2-minutne vremenske točke od onih u kojima se dvije stanice dijele u različitim vremenskim točkama, 54% vremena kada se nova polna ćelija prvo dijeli [značajno str & lt 0,00001, t = 5.02, df = 4812]), što također nije u skladu s fazom u kojoj mlada stanica mora rasti ili se razlikovati prije reprodukcije. Te su razlike dosljedne za sve generacije tijekom stacionarnog rasta (podaci nisu prikazani). Stoga, dok nema mladenačke faze, postoji dosljedna funkcionalna asimetrija između dviju stanica potomstva koja je nepovoljna za stari pol.

Svaka ćelija nije definirana samo prethodnom podjelom, već i svim prethodno zabilježenim podjelama, natrag u početnu ćeliju u analizi. Stoga se svaka stara polna ćelija može kategorizirati prema broju uzastopnih, konačnih starih dioba polova koje su nastale da bi proizvele trenutnu ćeliju (dajući tako dob u podjelama svog starog pola). Jednako tako, svakoj novoj polnoj ćeliji može se dodijeliti niz podjela koje je uzastopno podijelila kao novu polnu ćeliju. Uspoređujući ove vrijednosti sa stopama rasta stanica, otkrivamo da što je stariji pol stanice stariji, to je stanica sporija, dok stanice s više uzastopnih novih dioba polova pokazuju sve veće stope rasta (slika 3A). Nadalje, usporedba u paru pokazuje da se razlika u stopi rasta između starog brata s pola (matična stanica) i novog brata s polova (stanica kćer) povećava s povećanjem starosti majke (slika 3B). Stoga razlika između parova potomskih stanica, kao i obrazac viđen u prosječnoj lozi, nije samo posljedica smanjenja brzine rasta stanica koje su naslijedile stari pol, već i povećanja brzine rasta ( za najmanje tri podjele naknadne diobe se ne zamjećuju poboljšano) stanica koje su više puta naslijedile novi pol.

(A) Brzina staničnog rasta, predstavljena na osi y, normalizirana je na brzinu rasta svih stanica iz iste generacije i zemljopisnog položaja u svakom filmu. Na osi x uzastopne podjele vide se ili kao novi pol (otvoreni krugovi) koji pokazuju pomlađivanje ili kao stari pol (zatvoreni krugovi) koji pokazuju starenje. Stanice zastupljene u svakoj točki: nove podjele polova 1–7: 7,730 3,911 1.956 984 465 211 89 stare podjele polova 1–7: 4.687 3.833 1.933 956 465 213 75.

(B) Usporedba parova stopa rasta bratskih stanica. Starost podjele starog brata s pola (matična stanica) prikazana je na osi x. Postotna razlika između stope rasta novog brata s pola (stanica kćer) i ove ćelije prikazana je na osi y. Pozitivna razlika odgovara bržoj stopi rasta nove polne ćelije. Parovi stanica zastupljeni u svakoj točki, starosti 1–7: 9.722 4.824 2.409 1.202 601 282 127.

Na oba grafikona ćelije su iz svih 94 filma. Trake pogrešaka predstavljaju standardnu ​​pogrešku srednje vrijednosti. Stare i nove stope rasta polova u (A) i parne razlike u (B) postavljene su na liniju da pokažu trend, međutim, stvarne progresije možda nisu linearne (R 2 stara pola = 0,97, novi polovi = 0,83, razlika u paru = 0,94).

Kako bismo utvrdili dugoročni učinak nasljeđivanja starog pola, proveli smo drugu analizu u paru, uspoređujući ukupnu duljinu potomaka koje su proizvele sestrinske stanice od pete generacije do kraja praćenja (ova je generacija odabrana jer svaka stanica ima priliku napredovati kroz otprilike tri podjele). Budući da su bakterije u obliku štapića, ukupna duljina proizvedenih stanica proporcionalna je biomasi potomaka. Rezultati pokazuju da stare polne stanice proizvode manje biomase potomstva u usporedbi s njihovim novim sestrama (3,1 +/− 0,3% manje, str & lt 0,00001, t = 9.29, df = 1565). Stoga se čini da sporija stopa rasta starih polnih stanica također rezultira dugoročno smanjenom sposobnošću proizvodnje biomase potomaka. Drugi dugoročni učinak starenja je vjerojatnost preživljavanja organizma tijekom vremena. Tijekom rasta mikrokolonija uočeno je da je šesnaest stanica prestalo rasti. Ove stanice nikada nisu nastavile rast tijekom eksperimenta. Definirali smo te stanice kao potencijalno mrtve stanice i analizirali smo njihova mjesta u lozama. Iako ove prividne smrti u konačnici mogu biti posljedica stohastičkih događaja, one pokazuju statistički značajnu pristranost (str = 0,01 vidi Materijali i metode) prema povećanim podjelama koje su potrošene kao stari pol (tijekom ukupne povijesti promatranja). Ovo je zapažanje u skladu s hipotezom da su starije stanice osjetljivije na štetne događaje i/ili manje vjerojatno da će ih preživjeti. Malo je vjerojatno da te stanice predstavljaju stanje "upornog rasta", jer je nedavno pokazano da se perzistentne stanice koje nastaju tijekom eksponencijalnog rasta pojavljuju na učestalosti od približno 1,2 × 10 −6 [14] pojavljivanja naizgled mrtvih stanica u naše je istraživanje (oko 4,6 × 10 −4) gotovo 400 puta češće.


U bakterijama se neke kćeri rađaju stare

(Inside Science) - Kad se bakterije razmnožavaju, dijele se u dvije jednake kćeri. Barem je to tradicionalno gledište. Desetljećima su razlike između dviju stanica kćeri bile slučajne.

Zapravo, istraživanje u posljednjih 15 godina otkrilo je da svaka podjela an Escherichia coli bakterija proizvodi jednu "staru kćer" koja dobiva većinu štete povezane s dobi, i jednu "novu kćer" koja ima relativno novi početak. Camilla Rang, evolucijska mikrobiologinja sa Kalifornijskog sveučilišta u San Diegu, na staru kćer gleda kao na ostatak matične stanice - biće koje se na neki način žrtvuje za svoje mladenačko potomstvo.

"To nije samo buka", rekao je Rang. "To je pravilo - više govorite, poput: 'Zadržat ću ovo kako bih ti dao bolji život.'"

Naravno, Rang ne kaže da bakterije donose svjesne odluke ili doživljavaju majčinske emocije. No, čini se da su razlike među kćerima sustavne i da dugoročno mogu rezultirati većim potomstvom majke.Rang i njezine kolege godinama proučavaju ovaj proces, a njihov novi rad u časopisu Zbornik radova Kraljevskog društva B otkriva nove detalje o načinu rada.

Nove ćelije, isti stari dijelovi

E coli imaju oblik šipki sa zaobljenim krajevima koji se zovu stupovi. Kad se podijele, svaka kći dobiva jedan stari stup koji je nekad bio na kraju matične stanice, i jedan novi pol koji nastaje na mjestu gdje se matična stanica cijepa po sredini.

Zamislite sada jednu od onih kćeri kako se dijele. Izvornu majku možete smatrati bakom. Obje "unuke" imat će stari i novi stup. No, u jednom je slučaju stari stup nastao iz bakine sredine. Zovu je "nova kći". Tuđi stari stup bit će barem generaciju stariji, budući da je to bio i bakin stup. Zovu je "stara kći".

Dijagram prikazuje kako se stari polovi s vanjske strane matične stanice prenose generacijama.

Zasluge: Abigail Malate, ilustratorica. Na temelju dijagrama u "Raspodjela genskih proizvoda stanicama kćeri određuje se prema dobi majke u pojedinačnim stanicama Escherichia coli", objavljenoj u Zborniku Kraljevskog društva B.

Prava: Ova se slika može reproducirati samo s ovim člankom Inside Science.

S vremenom se neki od proteina stanice oštećuju oksidativnim stresom. Kao rezultat toga, presavijaju se u pogrešne oblike i lijepe se zajedno. Ovi oštećeni proteini obično su koncentriraniji na starom polu stanice. Prošla istraživanja pokazala su da stare kćeri primaju oko 63% proteina oštećenih u matičnoj stanici.

Ako pratite izvorni najstariji pol dolje kroz generacije, svaka stanica koja ga primi raste sporije od one koja ga je imala prije. Možete misliti da stari stup pripada jednoj staroj ćeliji koja rađa novu kćer nakon nove kćeri. Nitko još nije dokazao da oštećeni proteini uzrokuju spore stope rasta, ali to dvoje ide zajedno, istaknula je Ariel Lindner, sistemska i sintetička biologinja iz INSERM -a, Francuskog nacionalnog instituta za medicinska istraživanja i Interdisciplinarnog centra za istraživanje Sveučilište u Parizu. Lindner nije bio uključen u novu studiju, ali je njegov tim proveo veliki dio ranih radova na terenu.

Ako se stara majčinska stanica podigne u raju bakterija s puno hrane i bez toksina, ona nakon nekoliko generacija postiže ravnotežu i više ne raste sporije svaki put kad se podijeli. No na kraju će stara ćelija umrijeti. U skupinama takvih starih stanica, stopa smrtnosti nastavlja se povećavati s vremenom, što ukazuje na to da se oštećenja uslijed starenja nastavljaju snježno spuštati niz obiteljsko stablo.

Svježi proteini za nove kćeri

Kako bi bolje razumjeli zašto nove kćeri brže rastu, istraživači su izmislili E coli stanice za proizvodnju proteina koji svijetli fluorescentno zeleno kada je izložen svjetlu. Nove kćeri zasjale su jače od starih kćeri, što ukazuje ili na to da proizvode više fluorescentnih proteina, ili da su više dobile od svojih majki. Proteini su glavni gradivni blokovi stanica, pa rezultati ukazuju na to da su nove kćeri bogatije materijalima potrebnim za rast.

Nadalje, parovi kćeri formirani od novih majki bili su sličniji po svjetlini nego parovi kćeri nastali od starih majki. To je vjerojatno zato što su stare majke imale više štete za početak, pa se više toga prebacilo na njihove stare kćeri, rekao je Rang.

I Rangov i Lindnerov tim vidjeli su ovaj obrazac godinama ranije, ali ga nisu mogli u potpunosti dokazati sve dok Rangov diplomski student Chao Shi nije razvio način za praćenje izlaza fluorescentne svjetlosti iz pojedinih stanica.

Zašto majka E coli stanice daju jednoj kćeri više prednosti od druge? Prema Lindneru, to može biti nuspojava veličine i strukture bakterije. Oštećeni proteini prirodno se skupljaju u velike kuglice koje se ne mogu lako raspršiti kroz uske okvire E coli stanicu, pa se nastoje nakupiti u starom polu. U većim stanicama, poput kvasca, potreban vam je aktivan transportni mehanizam za premještanje oštećenih proteina. "U E coli, ispada da vam takav sustav ne treba. Fizika vam to daje besplatno ", rekao je Lindner.

Ipak, da je takva asimetrija štetna za stanice, vjerojatno bi razvili način da je promijene, rekao je Lindner. Matematički modeli sugeriraju da bi nejednaka podjela štete mogla povećati ukupni rast kolonije.

Da bi objasnio zašto, Rang koristi bankarsku analogiju. Zamislite da uložite 1.000 USD uz kamatu od 8%ili 500 USD uz 6%i 500 USD uz 10%. Dijeljenjem ulaganja na dva računa s različitim kamatnim stopama postajete bogatiji jer se kamatne stope s vremenom povezuju - baš kao što neravnomjerno dijeljenje prednosti mladosti između dvije kćeri na kraju donosi više potomstva.

Nekada su znanstvenici vjerovali E coli bili imuni na starenje, ponovno rođeni svježi pri svakoj diobi stanica, rekao je Rang. Sada znaju da to nije istina. Nova studija pomaže pokazati kako majke bakterije prenose teret starosti kroz generacije - nalazi koji ukazuju na univerzalni danak.

"Ako mislite da su bakterije gotovo kao naš prvi živi organizam na Zemlji", rekao je Rang, "one stare. Što znači da je starenje [vjerojatno] staro koliko i sam život."


Umiru li jastozi?

Većina živih organizama stari i na kraju umire. Međutim, postoji nekoliko biljnih i životinjskih vrsta za koje se čini da ne osjećaju pritisak vremena i ne pokazuju toliko znakove starenja. Ti su organizmi takozvani “biološki besmrtan” organizama.

Međutim, koliko god se moglo činiti suprotno, ovi organizmi imaju zapravo konačan životni vijek. Mnogi faktori poput prirodnih katastrofa, bolesti ili grabežljivosti mogu ih ubiti. No, za razliku od drugih organizama, oni ne umiru samo zbog senilnosti.

Za rast jastozi prolaze proces tzv linjanje gdje su s vremena na vrijeme bacali svoj egzoskelet. Općenito, veće tijelo znači starijeg jastoga. Video ispod prikazuje životni ciklus jastoga.

Znanstvene studije pokazale su da u divljini prosječan mužjak jastoga može živjeti do 31 godinu, dok ženka može preživjeti do 54 godine. Međutim, neke teške vrste poput američkog jastoga (Homarus americanus) može živjeti do 140 godina!

  • Starost ovih jastoga aproksimirana je mjerenjem količina neuro lipofuscin, pigment koji se postupno taloži u mozgu jastoga ’.
  • Znanstvenici također razmatraju mogućnost približavanja starosti ovih jastoga putem njihovih naslaga rasta egzoskeleta.


Predavanje 32: Zarazne bolesti, virusi i bakterije

Ovo predavanje pokriva mikroorganizme i neke od prijetnji koje predstavljaju za ljudsko zdravlje, poput zaraznih bolesti. Profesor Imperiali također raspravlja o antibioticima i mehanizmima pomoću kojih bakterije postaju rezistentne.

Instruktor: Barbara Imperiali

Predavanje 1: Dobrodošli Uvod.

Predavanje 2: Kemijsko vezivanje.

Predavanje 3: Strukture Am.

Predavanje 4: Enzimi i Meta.

Predavanje 5: Ugljikohidrati an.

Predavanje 9: Promjena kromatina.

Predavanje 11: Ćelije, Simpl.

Predavanje 16: Rekombinantna DNA.

Predavanje 17: Genomi i DNK.

Predavanje 18: SNP -i i ljudi.

Predavanje 19: Cell Traffickin.

Predavanje 20: Stanična signalizacija.

Predavanje 21: Stanična signalizacija.

Predavanje 22: Neuroni, akcija.

Predavanje 23: Stanični ciklus i.

Predavanje 24: Matične stanice, Apo.

Predavanje 27: Vizualizacija Lif.

Predavanje 28: Vizualizacija Lif.

Predavanje 29: Stanično snimanje Te.

Predavanje 32: Infektivna bolest.

Predavanje 33: Bakterije i An.

Predavanje 34: Virusi i mravi.

Predavanje 35: Reproduktivni Cl.

PROFESOR: U redu. Idemo ovamo. Zato ću ovaj tjedan govoriti o bakterijama i virusima. A to su doista značajne teme, jer mislim da je to nešto o čemu često ne razmišljamo o veličini problema i kakvim se krizama približavamo s obzirom na terapijsko liječenje zaraznih bolesti.

Dakle, ono što želim pokušati doći vama ovaj tjedan je raznolikost različitih mikroorganizama koji prijete našem zdravlju, i samo razgovarati s vama o vrstama problema koji su doista istaknuti u vijestima u vezi s rezistencijom na terapijska sredstva. No, da bismo to učinili, moramo se upoznati s nekim bakterijama, s nekim virusima i shvatiti neke njihove stilove života, njihove mehanizme, tako da možemo razumjeti koje se vrste sredstava koriste i razvijaju za pokušaj ublažavanja ovih bolesti , jer samo kroz molekularno -mehaničko razumijevanje životnih ciklusa virusa i bakterija možemo razumjeti koliko ovih terapijskih sredstava djeluje i što se može dogoditi u razvoju rezistencije.

Sad mi je ovaj slajd pomalo zastrašujući, ali želim vam naglasiti da se tiče najsmrtonosnijih životinja na svijetu. Stoga se jako brinemo oko tigrova, morskih pasa i sličnih stvari, gadnih otrovnih zmija, ugriza pasa s bjesnoćom itd. Ostavit ću ovu crnu traku ovdje, na neki način nepomenutu. Ne znam koja je ovo godina, ali ako govorimo o zastrašujućoj, to je prilično ozbiljno. A onda je najveći ubojica na ovom ekranu komarac. No, to zapravo nisu komarci, već protozoalni mikroorganizmi koje komarac prenosi s jedne osobe na drugu.

No, ono što ovdje nije, sve su bakterije i virusi koji su zapravo daleko ozbiljniji. Brojevi u sljedećoj fazi pokazat će vam koliko su ti brojevi šokantni. Ako vas zanima zarazna bolest kao područje, jer mislim da svatko tko ide prema MD, MD/PhD zaraznim bolestima, to je doista kritično područje s kojim se moramo uhvatiti u koštac. U svijetu nema dovoljno cjepiva. Nema dovoljno liječenja vrlo mikrobiološkim specifičnim antiinfektivnim sredstvima.

Stoga vas potičem da pogledate CDC. Postoji nekoliko drugih mjesta na kojima se prikuplja mnogo podataka, poput NIAID -a, koji je NIH Centar za zarazne bolesti i Svjetske zdravstvene organizacije. Dakle, postoji mnogo mjesta na kojima možete pronaći stvari.

Dakle, o čemu ćemo govoriti u sljedeće tri klase naši su najmanji neprijatelji, poput bakterija, gljivičnih infekcija poput kvasaca ili Aspergillusa, što bi uzrokovalo kandidu i aspergilozu. Protozoalne bolesti nećemo spominjati, ali to su vrste bolesti koje prenose krpelji, komarci, tsetse muhe. Smatramo da su oni zarazni agensi, ali ono što ti organizmi nose i uzrokuju širenje bolesti zapravo je važno. Nećemo niti govoriti o prionskim bolestima, bolestima koje ne uključuju zarazni mikroorganizam, ali se vjeruje da se šire s proteina na proteine ​​nukleacijom novih priona iz postojećih priona.

Ono na što ćemo se usredotočiti u prvoj klasi su bakterije, a u druga dva na viruse, s pogledom na antibiotike i antivirusne lijekove, kako djeluju, gdje griješe. I tu brojke postaju prilično šokantne. Tako, na primjer, bakterijske infekcije donjeg dišnog trakta, koji je duboko u plućima, uzrokuju 4 milijuna smrtnih slučajeva godišnje. Prisjetite se brojeva koje ste upravo vidjeli na tom prvom slajdu. To su stvari poput strep pneumoniae, Klebsiella pneumoniae. Zovu se pneumonije jer su zarazne bolesti pluća, no organizmi koji ih uzrokuju su Streptomyces, Klebsiella i Staphylococcus aureus.

No, postoje i drugi koji uzrokuju plućne infekcije i bolesti donjih dišnih putova. To je posebno problematično u područjima gdje je atmosfera loša. U velikim gradovima u kojima postoji mnogo uvreda zbog emisija štetnih plinova i zbog kojih pluća postaju slabija, tada se ove vrste organizama mogu doista lakše držati, pa su i ozbiljnije. Mnogo je mikroorganizama koji uzrokuju pneumonije. A ponekad je pravi problem pronaći precizan mikroorganizam, što pitanje liječenja čini doista teškim, doista izazovnim. Pa ću za koji trenutak govoriti o apsolutnoj identifikaciji uzročnika infekcije, kako bismo mogli bolje obavljati poslove ciljanog ciljanja uzročnika.

Bolesti proljeva- 2 milijuna smrtnih slučajeva. To su organizmi poput Campylobacter jejuni i Salmonella enterica. Skloni smo tim krizama, jer je Romaine my zaražen infekcijom. U razvijenom svijetu vrlo je malo smrtnih slučajeva. Vrlo brzo prelazimo na to, recimo prestanite jesti romsku salatu dok ne shvatimo što se ovdje događa- jako, jako malo.

No, još jednom, u zemljama u razvoju, to može biti sve više. I oni mogu zgrabiti malu djecu i starije ljude koji su već kompromitirani, već pomalo i ne baš s jakim imunološkim sustavom, a ljudi općenito umiru od dehidracije, jer te bolesti doista pogađaju probavni trakt. To uzrokuje curenje u probavnom traktu i stvarno, stvarno ozbiljnu dijareju. Dakle, to su tamo loši dečki. Ali još jednom, postoje i mnogi drugi.

Tuberkuloza je još jedna zaista ozbiljna zarazna bolest uzrokovana Mycobacterium tuberculosis, koja je glavna od prijetnji prijetnji mikobakterija. Nekada se to nazivalo konzumacijom, jer su ljudi gotovo izgledali kao da ih je bolest izjedala. Samo bi postajali sve tanji. Doslovno je to bila trošna bolest. Ljudi bi bili poslani u švicarske planine kako bi se pokušali oporaviti od konzumacije, tamo gdje je zrak bistriji i čišći, i možda se nadati da se mogu oporaviti.

Ali TB-- pogledajte ove brojke. U 2015. bilo je gotovo 10 milijuna novih slučajeva. Od tuberkuloze je umrlo oko 1,2 milijuna ljudi. Ozbiljna situacija s tuberkulozom je ta što se često koinficira virusom HIV-a, gdje se jednostavno ne možete boriti protiv tuberkuloze. Na kraju, ako ste zaraženi virusom HIV -a, tuberkuloza će vas dobiti zbog slabljenja uzrokovanog infekcijom tuberkulozom.

Dakle, ovi su brojevi šokantni u svjetlu brojeva koje sam vam pokazao na prethodnom slajdu, zar ne. Pogledajte ove brojke ako idete na zmije i takve stvari. To su besmisleni brojevi u usporedbi s zaraznim bolestima.

Dakle, sad ću razgovarati s vama o podrijetlu ovih, mnogih, mnogih uzročnika infekcija za koje smo mislili da smo ih pobijedili-- mislili smo da se možemo pobrinuti za to. Samo uzmete ovaj tečaj antibiotika i gotovi ste, spremni ste. No sada su, zbog brzih stopa mutacija u bakterijama i virusima, određeni patogeni potpuno razradili mehanizme za izbjegavanje terapijskog sredstva. Razgovarat ću s vama o tim mehanizmima pred kraj ove klase.

Dakle, u osnovi možete dozirati osobu jedan dan normalnom dozom antibiotika, a zatim 10 mjeseci kasnije ta normalna doza ili 10 puta ili 100 puta ta doza prestaje djelovati. Zašto je to? Zbog stjecanja rezistencije zbog brze diobe stanica i pogrešaka pri replikaciji i transkripciji, tada jedan u milijun puta može dati prednost mikroorganizmu. Odjednom lijekovi više ne djeluju.

SZO i razne oglasne ploče u zajednici ovaj skup uzročnika bolesti nazivaju patogenima bijega. Pomaže nam da se prisjetimo koji su to, jer su to patogeni koji izbjegavaju liječenje, jer su razvili otpornost na više koktela s drogama. Tako obično, kad netko ima određenu bolest, ne uzima jedan lijek, potrebno mu je dva ili tri da pogodi mnoge putove odjednom u nadi da se rezistencija neće brzo razviti. No, patogeni bijega zajedno su stekli rezistenciju na nekoliko antibiotika, što znači da nema dobrog liječenja. Dakle, bijezna slova označavaju Enterococcus faecium, Staph aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa i neke vrste Enterobacter.

Neki od ovih uzročnika infekcija su posljedica- uvijek to govorim pogrešno- bolničkih infekcija. Zna li netko koje su to? To su infekcije koje ljudi dobivaju u bolnicama. Tako je Tom Brady operirao koljeno. Dobio je infekciju koljena koja je došla nakon operacije, točno. To su infekcije stečene u bolnici, jer ponekad ne možete dovoljno očistiti područje, a okolo su uzročnici infekcije.

Tako su Acinetobacter baumannii dugi, dugi niz godina nazivali iračkom bugom, jer su veterinari koji su se vraćali iz Iraka odlazili u vojne bolnice, a njih je bilo dosta sa slučajevima Acinetobacter baumannii. Tako se prešlo na popis patogena za bijeg. Dakle, na ove stvari treba paziti.

To je razlog da bolničke infekcije-- nadam se da sam dobro rekao, u protivnom ćete otići i proguglati te shvatiti da sam krivo rekao. To je razlog zašto su liječnici stare škole nosili leptir mašne, a ne kravate. Možete li zamisliti zašto? Dakle, ako nosite kravatu, koju rijetko nosim da budem iskren, a radite na pacijentu, kravata može biti stvar koja prenosi infekciju jer se približava zaraženim područjima. Ovo su stvari iz stare škole. I tako su liječnici izvorno nosili leptir mašne kako bi se istaknuli kao važni ljudi, ali ne i da nose kravate koje bi mogle nositi zarazne uzročnike. To je nešto strašno.

Dakle, uz sve ovo rečeno, samo ću vas navesti na razgovor o bakterijskim antibioticima i razvoju rezistencije. Stoga bakterije često imenujemo po obliku. Dakle, dugi štapići su koki. Okrugle su koke. One od štapova, kakve god bile, dođu na jednog od vas. I što su onda oblikovali štapići? Bacili. Imala sam prazan trenutak. Dakle, one u obliku šipke su bacili. A tu su i neki drugi koji imaju drugačiju morfologiju poput Campylobacter jejuni koji imaju oblik vadičepa. Smatra se da je to važno u njihovoj pokretljivosti, kopanje po slojevima sluznice u epitelnim slojevima. Ovdje ću vam pokazati nekoliko oblika bakterija.

I samo ću još jednom pojačati koje su bolesti povezane s nekim i neke druge bolesti koje bi vas mogle iznenaditi. Pa da, znamo za salmonelu i E. coli i trovanje hranom. No, Helicobacter pylori, koja je jedna od ovih bakterija s bičevima, može zaraziti želudac. Često je uzrok čira. Dakle, uzročnik je čira na želucu, no to je pak dovelo do značajnog faktora rizika za rak želuca. Dakle, ono što smo mislili da je samo infekcija uzrokuje niz drugih problema, uključujući rak. I sve je više mikroorganizama povezano s rakom, osobito virusima.

Neisseria, one dolaze zajedno sa spolno prenosivim bolestima poput gonoreje. Neisseria meningitidis je ona koja uzrokuje meningitis. To je vrlo, vrlo često smrtonosna infekcija moždanih ovojnica. Staph aureus ima mnogo infekcija po tijelu, samo jezive stvari poput celulitisa, infekcija rana, toksičnog šoka. Streptokokne bakterije, već sam spomenuo-- pneumonije, a zatim i Campylobacter.

A sada još jedan komplicirani faktor infekcije- pa sam vam pričao o čir na želucu i raku želuca. Još jedna stvar koja se čini zajedno s infekcijama je autoimunitet.Tako ste u posljednjem odjeljku razreda čuli o imunitetu, a čuli ste i o toleranciji, da ne reagiramo na stvari koje smo sami, inače bismo bili u velikoj nevolji. Autoimunost se može iznenada pojaviti zbog određenih bakterijskih infekcija, jer se bakterije obično zamašćuju neobičnim polimerima šećera i drugim vrstama struktura s kojima tijelo zapravo ne zna što bi.

A u nekim slučajevima oponašaju stvari koje se nalaze u ljudskom tijelu. Dakle, oni su mimetičari normalnih struktura u ljudskom tijelu. A tijelo ih jednostavno uopće ne primjećuje. A zatim postoje slučajevi u kojima određene bakterijske infekcije kasnije uzrokuju autoimune bolesti. Tako se može pojaviti bakterija. Možda ima nešto što izgleda kao nešto ljudsko, ali ne sasvim. Ljudsko tijelo reagira, razvija antitijela, a zatim se vraćaju natrag na aspekte naše fiziologije.

Tako je Campylobacter jejuni često zagađivač peradi. To je teška GI infekcija. No kasnije ljudi obolijevaju od bolesti poput Guillain-Barrea, neuropatije u kojoj vam krajevi udova utrnu i postanu nefunkcionalni. Tako je postojao poznati nogometaš, onaj koga su zvali "Hladnjak", koji je imao ozbiljan slučaj Guillain-Barrea koji je posljedica vrlo zarazne bolesti, koja se pretvorila u autoimunost.

Pogledajmo sada ciljeve antibiotika. I da pogledamo ciljeve antibiotika, mislim da je prvo jasno mjesto za gledanje na bakterijsku staničnu stijenku. Kad smo tek počeli govoriti o prokariotima, stvarima koje uključuju bakterije, govorili smo o činjenici da ti jednostanični organizmi moraju imati čvrstu staničnu stijenku kako bi spriječili osmotski šok. Moraju imati neku vrstu stvari koja ih sprječava da uzmu previše vode i u osnovi eksplodiraju zbog osmoze. Voda ulijeva ravnotežu koncentracija soli. Dakle, oni imaju složenu staničnu stijenku, koja je sačinjena od makro molekule koja se zove peptidoglikan. To je obično jedna riječ, ali želim samo podcrtati peptidoglikan jer je to fascinantan polimer koji se sastoji od peptida i linearnih polimera ugljikohidrata.

Pa ako pogledate ovu tipičnu bakteriju, ovo je samo karikatura peptidoglikana. Dakle, to je umreženi polimer, mi u jednom smjeru ima ponavljajuće jedinice ugljikohidrata. Ne crtam tamo one složene heksozne strukture. Samo ga crtam u obliku crtića.

A to su ugljikohidrati poznati kao NAG i NAN. NAG je N-acetil glukozamin. To je šećer od heksoze. NAN je N-acetil-muraminska kiselina. To je još jedan modificirani šećer.

A na jednom od tih šećera postoji reaktivno mjesto koje vam omogućuje da u osnovi umrežite ove polimere u mrežu. Stoga je inženjerski podvig izgraditi ovaj nevjerojatni polimer. Počinje se graditi iznutra, na citoplazmi. Tada se komponente prevrću s druge strane citoplazme bakterija. Zatim se polimeriziraju na mjestu kako bi ova složena mreža djelovala od polimera koji stvara krutost bakterijske stanične stjenke.

Općenito je poznat kao peptidoglikan. Različite bakterije imaju različite peptidoglikane. Postoji nekoliko modifikacija koje bi mogle biti specifične za određene bakterijske serume. Ali ovo je generička struktura, gdje imate polimer izgrađen od šećera. Možete prepoznati strukturu šećera koja ide u jednom smjeru i peptidnu komponentu koja se unakrsno povezuje kako bi napravila ovu mrežu.

I stijenke bakterija imaju različite količine ovoga, ali će se izgraditi do stvarno snažnog, krutog rada mreže koji je propustan za stvari, male molekule i vodu. Postoje rupe i tako dalje. No, stvara mehaničku krutost tako da se na bakterije ne dogodi osmotski šok. Ima li pitanja o tome? Ima li to smisla? Tako da je to, u određenom smislu, njihov egzoskelet, ako o tome želite razmišljati tako.

Dakle, svojstva su kruta. Bez toga bi bakterija pretrpjela osmotski šok. I dovoljno je propusno dopustiti 2-nanometarske pore kako bi hranjive tvari i voda ušli u strukturu.

- -ovdje raste E. coli. I živo je. Možete vidjeti kako počinje rasti. Ovdje dodajemo penicilin. Vidjet ćemo ove bakterije ...

PROFESOR: To su bakterije, štapićaste bakterije.

- Na ovome nije bilo mikrofona, pa ...

PROFESOR: I zamolit ću vas da samo pažljivo nastavite promatrati ovu vrstu.

- Ide još jedan, boop, boop.

- Probijanje rupa u staničnoj stijenci, bum, bakterija je mrtva.

PROFESOR: Pogledajte kako nestaju neke bakterije. U redu, pretpostavljam

Pa ćemo to ostaviti.

Vratimo se jednom. U redu, što je to bilo? U redu, rekao sam vam da će bakterije pretrpjeti osmotski šok bez peptidoglikana. To su bakterije za koje vidite da iskaču, kako je rekla osoba koja je govorila, jer se peptidoglikan ne može stvoriti. Doda se antibiotik. Bakterijama se dodaje penicilin.

I prestaje- kako bakterije rastu, moraju napraviti hrpu više peptidoglikana, jer ako udvostručujete, morate napraviti dvostruko više peptida- morate udvostručiti količinu peptidoglikana. Ako imate nešto što inhibira stvaranje peptidoglikana, imate bakteriju koja pokušava rastegnuti ono što ima, nije otporna na osmotski šok. I ono što ste vidjeli je da bakterije u osnovi prolaze kroz staničnu smrt putem osmotskog šoka, prilično grafički, prilično vizualno.

Dakle, penicilin je bio jedan od prvih antibiotika koji je opisan za liječenje bakterijskih infekcija. I za trenutak ćemo prijeći na vremensku traku toga. Dakle, kada govorimo o bakterijama, izvorna definicija bakterije je u tri različite podvrste, gram-negativna, gram-pozitivna i mikobakterijska.

Ovo je zapravo prvi način na koji bi ljudi pogledali vašu stanicu-- bakterijske stanice i otprilike dijagnosticirali kakve su to bakterije. Jesu li pali-- u koju su od ovih širokih obitelji upali? Zato što bi pomoglo u definiranju načina liječenja zarazne bolesti.

Stoga vam želim pokazati razliku između stanične stijenke ovih različitih vrsta bakterija. I istina je, ako imate zaraznu bolest, vaša je želja, ako ste morali izabrati jednu od tri, da imate gram-pozitivnu bolest. Objasnit ću zašto je to tako u trenu, jer sve je povezano s načinom na koji lijekovi mogu ući u bakteriju kako bi spriječili vitalne funkcije kako bi one umrle i ne preuzele vaš sustav.

Pa pogledajmo prvo gram-pozitivne bakterije. Ovdje su prikazani. Ovo je dio bakterije. Gram-pozitivni imaju jednu staničnu stijenku. I oni također imaju debeli sloj peptidoglikana.

Tako dobivaju krutost u osnovi tako što ih prekriva izvanstanični debeli sloj peptidoglikana. Ovdje postoji njegova shema. Dakle, ovdje bi bila unutarnja stanična stijenka. I ovdje bi bio peptidoglikan, prikazan u narančastim i blijedim krugovima boje pudera. Dakle, tu bi bio njihov peptidoglikan.

A tu su i neki drugi gliko konjugati koji zapravo strše izvan toga. Ali postoji samo jedna citoplazmatska membrana. To je standardni dvostruki dvoslojni sloj.

I peptidoglikan je prilično debeo, relativno, promjera 20 do 80 nanometara. Dakle, koliko je širok. I možete, ako imate ... ako ste pod mikroskopom obojili bakteriju, vidjeli biste to, debljinu tog zida, ali odsutnost dvostrukog zida.

Gram-negativne bakterije imaju dvostruku stijenku. Unutarnja membrana je prilično standardna. To su samo tipični fosfolipidi. Izgleda kao unutarnja citoplazmatska membrana gram-pozitivnih bakterija. I tada ima vanjski zid.

Dakle, unutarnja membrana je tipična. A onda vanjski zid ima jedan letak koji izgleda nekako normalno. A onda ima i drugi letak koji je nekako ukrašen, iskreno, poput božićnog drvca.

Tu strše sve vrste stvari koje stupaju u interakciju s domaćinima koje zaraze itd. Prostor između dva zida naziva se periplazmatski prostor, jer je između. Nije to citoplazma. To se zove periplazma.

Ono što je zanimljivo u vezi s tim, gram-negativnim bakterijama, je da imaju prilično manje peptidoglikana, samo oko 7 do 8 nanometara. Tako da je to prilično zanimljivo. Ali oni nekako dobivaju robusnost od te druge zidne strukture koja je premazana izvana.

Njihov izazov s gram-negativnim bakterijama u odnosu na gram-pozitivne bakterije je da svi lijekovi koje razvijete moraju biti lijepi-ako ciljaju na unutarstanična mjesta, moraju proći kroz dva zida, a ne samo kroz jedan zid. Stoga ih je teže liječiti. I oni također imaju puno karakteristika koje ih čine sklonijima razvoju otpora.

Želim vam naglasiti da na ovoj elektronskoj mikrografiji zapravo možete vidjeti dvostruki zid, tamnu traku prostora, a zatim još jednu tamnu traku, dok ovdje vidite tanki pojedinačni zid, ali vidite puno smeća na vani. Vide li svi razlike samo da ih pogledaju?

U redu, o čemu se radi u ovom gramu? Što ovo znači? Jednostavno označava kemijsku boju koja boji peptidoglikan. A izumio ga je ili otkrio profesor Gram. To je bilo njegovo ime. Dakle, kad netko kaže da ste dobili gram-pozitivnu infekciju, gram-negativnu infekciju, tako te stanice izgledaju kad su tretirane ovom mrljom.

Gram pozitivi pokazuju jako pozitivan učinak na mrlju jer izvana ima puno peptidoglikana koji upija boju i pokazuje jaku boju. Gram-negativi se ne pokazuju dobro s mrljom po Gramu, jer je peptidoglikan uvučen u periplazmu, a ne s vanjske strane stanice. Dakle, ako netko izvrši brzu provjeru bakterijskog niza ili infekcije koju imate, mogao bi ga liječiti Gram mrljom i reći gram-pozitivan ili gram-negativan samo na temelju te jednostavne analize boje. Tako je u jednom slučaju peptidoglikana u izobilju i dostupno. U drugom slučaju, vrlo je tanji i manje je dostupan bojama.

Ovo vam vjerojatno izgleda kao stvari iz kamenog doba, jer koliko možete naučiti pomoću ovih jednostavnih kolorimetrijskih mrlja? Svakako se krećemo u vrlo, vrlo različitim smjerovima. No, samo da završim s trećom vrstom bakterija, mikobakterijama, koje uključuju Mycobacterium tuberculosis.

I opet imaju drugačiju vrstu zida. I prilično su neobični. I stvarno ih je jako teško liječiti, jer je gotovo nemoguće unijeti terapijska sredstva u mikobakterije.

Radio sam u timu s Novartisom u Singapuru. Rekli su i da je raditi bilo što s mikobakterijama poput doslovnog pokušaja biokemije na voštanoj svijeći. Jednostavno ne možete raditi s tim, jer imaju debeli dodatni zid koji je opet nekako drugačiji. Jeste li imali pitanje? Ne. Oprosti, mislila sam da sam ti podigla ruku.

Dakle, oni imaju tipičnu staničnu stijenku, zatim nešto peptidoglikana, ali onda imaju ovaj debeli mikobakterijski sloj koji sadrži takozvane mikolične kiseline, koji u osnovi dodaju ovaj debeli sloj masnog hidrofobnog materijala s vanjske strane mikobakterija koji je prilično neprobojan. Stanična stijenka je sasvim drugačija. Nema vanjski premaz. To je poput gram-pozitivnih u tom pogledu.

Ali ne mrlja jako jako. Dakle, ima slabu, takozvanu Gramovu mrlju. Tako da ponekad, ako imate nešto što na neki način daje tako-takav odgovor na Gramovu mrlju, mogli biste reći, oh, izgleda kao mikobakterija zbog onoga što se događa.

Sada je mikobakterijska tuberkuloza velika prijetnja, jer je njeno liječenje, trenutno liječenje- i isti tretman koji postoji već otprilike 30 godina ili nešto slično- liječenje s četiri različita antibakterijska lijeka koji pogađaju hrpu različitih mjesta u životnom ciklusu bakterija. Uključuje ovdje prikazane spojeve koji su izoniazid, rifampicin, etambutol i pirazinamid. I to je šestomjesečno liječenje tim lijekovima, dakle pregršt, četiri različita lijeka za šest mjeseci.

Ono što su shvatili u zemljama u razvoju je da je postojala užasna usklađenost. Lijekovi su jeftini, ali nije bilo usklađenosti. Ljudi jednostavno nisu uzimali pilule jer su umorni od uzimanja ovih tableta svaki dan šest mjeseci.

Dakle, ono što je razvijeno je ono što je poznato kao DOTs program. Zar nitko nikad nije čuo za ovo? Zanimaju li nekoga zarazne bolesti? To je bila situacija u kojoj se radilo o društvenom sustavu koji je uspostavljen kako bi se osiguralo da ljudi uzimaju te lijekove svaki dan šest mjeseci kako bi se pridržavali.

Stoga bi socijalni radnici odlazili u sela u udaljenim područjima i gledali ljude kako uzimaju lijekove. Stoga se izravno promatra liječenje kako bi se osiguralo da su ga uspješno proveli, jer ako su imali redovitu, ne baš rezistentnu tuberkulozu, mogli biste je nadvladati, pod uvjetom da ste uzimali ove lijekove. No, ipak je iznimno iscrpljujuća stvar nositi se s ovim tretmanima.

Sada postoje dva soja tuberkuloze. Jedan se zove MDR-TB. I drugi koji se zovu XMDR-TB Povremeno ćete za njih čuti u TV programima. MDR je otporan na tri od četiri lijeka. A XMDR, što znači iznimno otporan na više lijekova, otporan je na svaki od tih lijekova. Novi lijekovi, različiti mehanizmi djelovanja su prijeko potrebni.

U redu, ovako izgledaju stvari s mrljama po Gramu. Dakle, ovdje vidite gram-pozitivan Bacillus anthracis. To su duboko ljubičaste šipke. Znate da je to gram-pozitivno jer je tamno ljubičasta mrlja.

Ostale ćelije na ovoj slici su bijele ćelije. Tako da doista možete odabrati gram-pozitivne. Ovo je struktura kemijske boje koja boji peptidoglikan upijanjem u peptidoglikan. To je vrlo vrsta fizičke interakcije boje s polimerom.

I na ovom slajdu, to je mješavina gram-pozitivnih i gram-negativnih. I možete pokupiti gram-pozitivne i razlikovati ih od gram-negativnih, koji samo mrlje nekako slabo ružičasto. I tada se mikobakterije, koje su prije bile gram-pozitivne, ne boje jako dobro zbog te debele hidrofobne stijenke mikolične kiseline.

Pa što biste danas radili? Biste li izvukli mrlju i bacili je na bakterije i dobili nejasan odgovor? Što vam je sada otvoreno u 21. stoljeću? Imate mali uzorak bakterije. Odrasti. Što bi ti napravio? Mogli biste točno reći o čemu se radi.

PROFESOR: Da, vi biste PCR -om uzeli genomsku DNA i onda je uskladili, jer je poznato da osim ljudskog genoma, postoje i tisuće sekvenci patogenih bakterija koje su potpuno označene. [INAUDIBLE] ima ogromnu kompilaciju ovih nizova. I samo odete i saznate na temelju čega je bakterija.

Dakle, sada napori za brzo sekvenciranje-- možda su oni samo nekoliko ključnih mjesta u genomu na koje biste otišli i jednostavno napravili jako brz niz i shvatili što postoji i unutar koje bakterije je to, što vam daje mnogo bolji trag o tome kako se nositi s tim od nejasnih, dvosmislenih mrlja. Dakle, iako mrlje nastavljaju postojati, postoje drugi načini.

Nažalost, nemaju svi instrumente za brzo sekvenciranje. Dakle, u današnje vrijeme postoji mnogo, puno, veliko zanimanje za brže testove pomoću šipki koji mogu razlikovati različite bakterijske sojeve, na primjer, ispitivanjem onog sloja gliko-konjugata koji se nalazi s vanjske strane bakterija, testovima na papiru za mjerenje štapića koji može vam dati ideju o tome koji je organizam i koji serotip kako biste mogli krenuti naprijed i učiniti mnogo racionalnije liječenje tih organizama.

U redu, da vidimo što ... da. U redu, pa odakle su antibiotici prvi put došli? Ima li do sada pitanja? U redu, odakle su došli prvi antibiotici? Iz nekoliko slučajnih otkrića. Tko je čuo za Flemingov eksperiment? Tko zna za to otkriće penicilina?

Da, dakle postojalo je originalno zapažanje koje je prethodilo onome što sugerira da je Pasteur bio prilično pametan momak, jer je dao doprinos u mnogo različitih područja. Otkrio je da neke bakterije imaju tendenciju oslobađanja tvari koje ubijaju druge bakterije. Bilo je to 1870 -ih.

Kasnije je došlo do druge vrste širenja antibiotika. Došlo je i s otkrićem da smo imali stvari poput derivata arsena koji su zapravo pokazali neku vrijednost u liječenju organizma koji uzrokuje sifilis. Zato govorite o tome da je liječenje-- lijek gori od infekcije. Ljudi su se ozbiljno liječili ovim derivatima arsena u nadi da će izbrisati zarazni uzročnik koji je izazvao sifilis. Ali znate, ponekad je to bila miješana vrećica.

No, ono gdje su stvari postale puno zanimljivije bilo je to da je 1928. godine postojala ova vrsta poznate povijesne priče o Flemingu koji je otkrio da se čini da je neke bakterije inhibirano određenim uzročnikom koji potječe od gljive. Ovo je podrijetlo penicilina. Tako bi imao Petrijevu zdjelicu u kojoj je uzgajao bakterije. I primijetio je da je u nekim njegovim uzorcima došlo do inhibicije rasta bakterija zbog egzogenog agensa koji je na neki način kontaminirao ploče.

Dakle, u toj priči to je bila tvar koja je nazvana penicilin. Plijesan iz- plijesni je gljivica- zapravo je inhibirala rast bakterija stafilokoka. I zvao se penicilin. A onda je prošlo puno više vremena.

No 1940 -ih godina otkriven je aktivni sastojak. Dakle, 1940 -te su svojevrsni šamar otprilike, rekao bih, nekoliko godina nakon Drugog svjetskog rata. I uspjeli su mobilizirati proizvodnju ovog agensa.

Pred kraj rata ljudi su imali na raspolaganju penicilin. I u osnovi se prilično vjeruje da je, da nije bilo antibiotika koji su se pojavili- znate, rat je završio 1945. Da nije bilo tih agenasa koji su se pojavili, bilo bi načina, puno više smrti od rata. Kako je bilo, bilo ih je previše.

Tako je penicilin bio prvi antibiotik otkriven s diskretnim mehanizmom djelovanja. Otkriveno je u vrlo, vrlo važno vrijeme. Dakle, to su sve bile sjajne vijesti. Penicilin se naširoko proizvodi. Neki od vas mogu biti alergični na penicilin. Danas postoje i druge mogućnosti. No, to je najjeftiniji i najživopisniji antibiotik prve linije.

Idemo. I ova stvar, ovaj pokazivač ima vlastiti um. Nekako se predomislio.

No problem je bio u tome što su bakterijske vrste počele preživljavati liječenje zbog razvoja rezistencije. I odjednom, nešto što je stvarno dobro funkcioniralo više nije funkcioniralo. Pokušajmo razmisliti o peptidoglikanu, o tome kako penicilin izgleda i kako djeluje te kako nastaje otpornost na penicilin. To su tri stvari koje ću ovdje pokriti.

U redu, što radi penicilin? Penicilin zaustavlja stvaranje ovog velikog makromolekularnog polimera peptidoglikana zaustavljanjem posljednje umrežene veze, zaustavljajući kemiju koja se slučajno spaja s peptidnim lancima za stvaranje umreženog polimera. I svatko tko se bavi strojarstvom znat će da su polimeri koji su samo niti mnogo slabiji od polimera koji su umrežene strukture koje imaju vlačnu čvrstoću u oba smjera.

Tako da je umreženi peptidoglikan bio slab. Ono što je penicilin posebno učinio bilo je inhibiranje stvaranja te umrežene veze. Kako izgleda penicilin? Evo ga. To je cool struktura. To je ono što je poznato kao prirodni proizvod, pet prstena, četiri prstena, zanimljive strukture. Ono što bi učinio je da bi stupio u interakciju s enzimom umreženim peptidoglikanom i u osnovi ga zaustavio.

Što su bakterije učinile? Ključni dio ove strukture je ovaj četveročlani prsten unutar amidne veze u njemu. Bakterija je razvila enzim kako bi ga usitnila i učinila ga potpuno neaktivnim. Tako se beta laktamaza razvila u populacijama bakterija.

Vjerojatno je izveden iz nekog drugog enzima koji je imao neku korisnu funkciju, ali nije usmjeren na peniciline. No, bakterije su počele preživljavati jer su napravile tonu enzima zvanog beta laktamaza. A onda je potpuno prestao raditi.

Pa su kemičari došli do drugih mogućnosti, jer su rekli, pa, znate, ako to ne uspije, imamo druge antibiotike u našem arsenalu. Postoji i spoj koji se godinama koristio kao posljednja linija antibiotika poznatog kao vankomicin. Bila je to vrlo, vrlo važna, dakle vrlo ozbiljna infekcija i doista sačuvana za tu uporabu. I mislili su da bi vankomicin mogao biti lijek koji se jednostavno ne može pobijediti.

Ova velika molekula ovdje je vankomicin. Ovaj mali komad peptida zapravo je peptid koji se nalazi u toj unakrsnoj vezi. A vankomicin je u osnovi, poput rukavice, sjedio na tom komadu peptida i spriječio njegovo umrežavanje. I što su bakterije učinile? Oni su razvili skup enzima kako bi potpuno promijenili taj mali komad peptida u nešto što se slabije veže, dajući vam i rezistenciju na vankomicin.

Dakle, kada je u pitanju jedan lijek, prilično je lako postići otpornost. Samo mutirate jedan enzim i dobijete rezistentan soj. I enzim koji može pobijediti antibiotik će pobijediti.

Ako imate spoj koji uzima pet različitih enzima ili antibiotik koji ima vrlo složen mehanizam djelovanja, mogli biste reći, pa, to se nikada neće pobijediti. Bilo je potrebno pet dodatnih enzima da se razvije kako bi peptidoglikan imao drugačiju strukturu. Nije važno da unutar svake bakterije mutirate pet različitih enzima i da ih natjerate da rade kao tim. Ono što se događalo u tim infekcijama je da se plazmid sa skupom enzima prenosio među bakterije. Tako bi nova bakterija mogla steći rezistenciju na ovaj spoj bez razvoja čitave gomile novih enzima, već bočnim prijenosom plazmida koji kodiraju gene koji su potrebni da vankomicin učini neaktivnim.

U redu, dopustite mi da vam kažem samo neke mete. A onda vam želim pokazati jedan film koji je nekako kul. Tako trenutno, kada antibiotike inhibiramo bakterije, postoji niz bitnih procesa koji su usmjereni uobičajenim antibioticima.

Dakle, ovo bi bila tipična bakterija. Jedan cilj djelovanja je sinteza DNA i DNA polimeraza. I ciljani enzim je onaj o kojem smo govorili, topoizomeraza. A to inhibiraju fluorokinoloni poput ciprofloksacina koji zapravo ciljaju specifično na bakterijsku polimerazu. Dakle, to je jedan od načina, inhibirati replikaciju DNA, bakterije se ne mogu podijeliti.

Drugi skup antibiotika su oni koji inhibiraju sintezu proteina. Dakle, znate li posebno tunel koji izlazi iz ribosoma gdje nastaje rastući polipeptidni lanac nakon čitanja glasničke RNA i prevođenja glasnika u protein? Postoje antibiotici koji se u osnovi moraju zalijepiti u tunel i zaustaviti sintezu proteina. A to su stvari poput aminoglikozida. I blokiraju izlaz iz ribosoma. Ali možete zamisliti da to mutira.

Postoje oni koji inhibiraju biosintezu stanične stijenke o kojima sam već govorio, penicilini, vankoimcin. A tu su i drugi koji inhibiraju sintezu folata. A tu je i puno sintetičkih lijekova, ali i puno lijekova prirodnih proizvoda. Tako su se i priroda i kemija udružile kako bi spriječile sve ove bitne korake.

U redu, kako se onda testira rezistencija na antibiotike? Koristite ploče na kojima uzgajate određene sojeve bakterija na tanjuru. Ovo bi bila kolonija. I raste prema van.

Tamo gdje postoji kolonija, ali oko nje nema rasta, to znači da u toj ploči postoji nešto što inhibira rast bakterija. Dakle, ovo su vrlo jasni načini na koje ljudi provjeravaju jesu li bakterije postale otporne na lijekove. Tražili biste tu zonu inhibicije. Nestaje li s nekim od otpornih sojeva, na primjer? I oni sada postaju prilično sofisticirani gdje možete testirati hrpu antibiotika u jednom potezu, gdje svaka od ovih obojenih točkica predstavlja područje gdje se liječi jednim ili drugim antibiotikom.

Pa u čemu je problem? Problem je ovaj grafikon, da čim se uvede antibiotik, prođe samo nekoliko godina. I postoji rezistencija na taj antibiotik.

Dakle, otpor je u osnovi postupno stjecanje strojeva za nekako inaktiviranje liječenja antibioticima. Pa ako pogledate, ovdje na vrhu je mjesto gdje se lijek uvodi. A na dnu je kada se razvio otpor.

Pa idemo na nešto što nam je poznato. Evo penicilina, ljudi koji su oko 1940. godine upoznali opću populaciju. Otprilike '47. Postojala je otpornost na penicilin. I vidite, ovo je doista samo ozbiljna vrsta događaja.

Dakle, ono što vam želim pokazati je otpor na djelu. I to će biti posljednje o čemu govorim danas, jer vam samo želim dati osjećaj kako izgleda otpor. Dakle, ovo je bio eksperiment koji je izveden na Harvardu samo na vizualizaciji razvoja otpora.

Mislim da je ono što je toliko fascinantno da se onda vratite na tanjur i iščupate prve pionire koji su prešli tu granicu i saznali što je to. Koja je to mutacija dopustila da se populacija proširi, i tako dalje? Tako da biste doista mogli zacrtati cijelu evoluciju vrlo, vrlo snažnog otpora.

Zato ću na sljedećem satu govoriti o mehanizmima otpora. Zatim ćemo govoriti o virusima i otpornosti na antivirusne lijekove.


Normalna crijevna mikrobiota: bitan čimbenik u zdravlju

Osnovne definicije i razvoj mikrobiote

Pojam mikrobiota ima prednost nad starijim izrazom flora jer potonji ne uzima u obzir mnoge nebakterijske elemente (npr. Arheju, viruse i gljivice) za koje se danas zna da su normalni stanovnici crijeva. S obzirom na relativno bolje razumijevanje uloge bakterija koje trenutno postoje, u usporedbi s ostalim sastojcima mikrobiote u zdravlju i bolesti, crijevne bakterije bit će primarni fokus ovog pregleda. Unutar probavne mikrobiote čovjeka postoji složen ekosustav od približno 300 do 500 vrsta bakterija, koji se sastoji od gotovo 2 milijuna gena (mikrobiom). 1 Doista, broj bakterija unutar crijeva je približno 10 puta veći od svih stanica u ljudskom tijelu, a kolektivni bakterijski genom je znatno veći od ljudskog genoma.

Cijeli crijevni trakt pri rođenju je sterilan, a crijeva dojenčadi prvo koloniziraju majčine i okolišne bakterije tijekom rođenja i nastavljaju se naseljavati putem hranjenja i drugih kontakata. 2 Čimbenici za koje se zna da utječu na kolonizaciju uključuju gestacijsku dob, način poroda (vaginalni porod u odnosu na potpomognuti porod), prehranu (majčino mlijeko vs adaptirano mlijeko), razinu sanitarnih uvjeta i izloženost antibioticima. 3, 4 Crijevnu mikrobiotu novorođenčadi karakterizira niska raznolikost i relativna dominacija fila Proteobakterije i Actinobacteria nakon toga, mikrobiota postaje raznovrsnija pojavom dominacije Firmicutes i Bakteroidete, koji karakterizira odraslu mikrobiotu. 5 – 7 Do kraja prve godine života, mikrobni profil je različit za svako dijete u dobi od 2,5 godine, mikrobiota u potpunosti po sastavu nalikuje mikrobioti odrasle osobe. 8, 9 Ovo razdoblje sazrijevanja mikrobiote može biti kritično jer se prikupljaju dokazi iz brojnih izvora da poremećaj mikrobiote u ranom djetinjstvu može biti kritična odrednica izražavanja bolesti u kasnijem životu. Slijedi da intervencije usmjerene na mikrobiotu kasnije u životu mogu, doslovno, biti prekasno i potencijalno osuđene na neuspjeh.

Nakon djetinjstva, sastav crijevne mikroflore ostaje relativno stalan do kasnijeg života. Iako se tvrdi da je sastav svake pojedinačne flore toliko osebujan da bi se mogao koristiti kao alternativa otiscima prstiju, u novije vrijeme opisana su 3 različita enterotipa u odraslom ljudskom mikrobiomu. 10 Ovim različitim enterotipovima dominira Prevotella, Ruminococcus, i Bakteroidiodnosno njihov izgled neovisan je o spolu, dobi, nacionalnosti i indeksu tjelesne mase. Smatra se da mikrobiota ostaje stabilna do starosti kada se vide promjene, vjerojatno povezane s promjenama u fiziologiji probave i prehrani. 11 – 13 Claesson i kolege doista su uspjeli identificirati jasne korelacije kod starijih osoba, ne samo između sastava crijevne mikrobiote i prehrane, već i u odnosu na zdravstveno stanje. 14

Regulacija mikrobiote

Zbog normalne pokretljivosti crijeva (peristaltika i migracijski motorički kompleks) i antimikrobnih učinaka želučane kiseline, žuči te sekreta gušterače i crijeva, želudac i proksimalno tanko crijevo, iako zasigurno nisu sterilni, sadrže relativno mali broj bakterija kod zdravih ispitanika. 15 Zanimljivo je da su komenzalni organizmi s probiotičkim svojstvima nedavno izolirani iz ljudskog želuca. 16 Mikrobiologija terminalnog ileuma predstavlja prijelaznu zonu između jejunuma koji sadrži pretežno aerobne vrste i guste populacije anaeroba u debelom crijevu. Broj bakterijskih kolonija može biti i do 10 9 9 jedinica koje stvaraju kolonije (CFU)/mL u terminalnom ileumu neposredno proksimalno od ileocekalne valvule, s prevladavanjem gram-negativnih organizama i anaeroba. Pri ulasku u debelo crijevo koncentracija bakterija i raznolikost enteričke flore dramatično se mijenjaju. Mogu se pronaći koncentracije od 10 12 CFU/mL ili veće, a sastoje se uglavnom od anaeroba kao što su Bakteroidi, Porfiromonas, Bifidobakterija, Lactobacillus, i Klos-tridij, s anaerobnim bakterijama koje nadmašuju aerobne bakterije u faktoru od 100 do 1000: 1. Prevladavanje anaeroba u debelom crijevu odražava činjenicu da su koncentracije kisika u debelom crijevu vrlo niske, a flora se jednostavno prilagodila preživljavanju u ovom neprijateljskom okruženju.

Na bilo kojoj razini crijeva, sastav flore također pokazuje varijacije duž njezinog promjera, pri čemu određene bakterije nastoje prianjati na površinu sluznice, dok druge prevladavaju u lumenu. Razumljivo je da su bakterijske vrste nastanjene na površini sluznice ili unutar sloja sluzi one koje će najvjerojatnije sudjelovati u interakcijama s imunološkim sustavom domaćina, dok one koje naseljavaju lumen mogu biti relevantnije za metaboličke interakcije s hranom ili proizvodima digestija. Sada je očito da različite bakterijske populacije mogu nastaniti ove različite domene. Njihovi relativni doprinosi zdravlju i bolestima istraženi su u ograničenoj mjeri zbog relativne nedostupnosti populacije jukstamukoze u debelom crijevu, a posebno u tankom crijevu. Međutim, većina studija o mikrobioti crijeva čovjeka temelji se na analizama fekalnih uzoraka, stoga predstavljaju veliko ograničenje. Doista, brojne studije već su pokazale razlike između luminalne (fekalne) i jukstamukozne populacije u poremećajima poput upalne bolesti crijeva (IBD) i sindroma iritabilnog crijeva (IBS). 17, 18

Kod ljudi na sastav flore ne utječu samo dob, već i prehrana te društveno -ekonomski uvjeti. U nedavnoj studiji starijih osoba, interakcija prehrane i dobi demonstrirana je, prvo, bliskim odnosom između prehrane i sastava mikrobiote kod ispitanika, i drugo, interakcijom između prehrane, mikrobiote i zdravstvenog stanja. 14 Također se mora zapamtiti da neprobavljive ili neprobavljene komponente prehrane mogu značajno pridonijeti metabolizmu bakterija, na primjer, velik dio povećanja volumena stolice koji je posljedica unosa prehrambenih vlakana temelji se na povećanju bakterijske mase. Suptilnosti interakcije između drugih komponenti prehrane i mikrobiote sada se istražuju i nedvojbeno će donijeti važne informacije. Na primjer, podaci koji ukazuju na potencijalnu ulogu određenih produkata metabolizma bakterija u karcinogenezi debelog crijeva već su dali snažne naznake o važnosti interakcije prehrane i mikrobiote za bolest. Antibiotici, bili oni propisani ili u prehrambenom lancu kao posljedica njihove primjene na životinjama, imaju potencijal duboko utjecati na mikrobiotu. 19 Ranije se smatralo da su ti učinci relativno prolazni, a do potpunog oporavka mikrobiote dolazi vrlo brzo nakon završetka terapije antibioticima. Međutim, iako su nedavne studije potvrdile da je oporavak prilično brz za mnoge vrste, neke vrste i sojevi pokazuju trajnije učinke. 20

Interakcije domaćin-mikrobiota

Interakcije mikrobiote crijeva imaju temeljnu ulogu u promicanju homeostatskih funkcija kao što su imunomodulacija, povećana regulacija citoprotektivnih gena, prevencija i regulacija apoptoze i održavanje barijerne funkcije. 21 Kritična uloga mikrobiote u razvoju funkcije crijeva uvelike je pokazana sudbinom životinje bez klica. 22, 23 Ne samo da su u ovih životinja pogođene gotovo sve komponente crijeva i sustavnog imunološkog sustava, već je također poremećen razvoj epitela, vaskulature, neuromuskularnog aparata i endokrinog sustava crijeva. Suptilnosti interakcija između mikrobiote i domaćina primjeri su studija koje pokazuju sposobnost polisaharida koju je razvila bakterija Bacteroides fragilis za ispravljanje nedostataka T-stanica i neravnoteže Th1/Th2 i usmjeravanje razvoja limfoidnih organa u životinja bez klica. 24 Čini se da crijevne dendritičke stanice imaju središnju ulogu u tim kritičnim imunološkim interakcijama. 24, 25

Kako imunološki sustav crijeva razlikuje prijatelja i neprijatelja kada su u pitanju bakterije s kojima se susreće? 26 Na epitelnoj razini, na primjer, brojni čimbenici mogu dopustiti epitelu da podnosi komenzalne (a time i probiotičke) organizme. To uključuje maskiranje ili modifikaciju molekularnih uzoraka povezanih s mikrobima koji se obično prepoznaju po receptorima za prepoznavanje uzoraka, poput receptora sličnih Toll-u, 27 i inhibiciju upalnog puta NF 㮫. 28 Odgovori na komensale i patogene također se mogu izrazito razlikovati unutar sluznice i sistemskog imunološkog sustava. Na primjer, komenzali poput Bifidobacterium infantis i Faecalibacterium prausnitzii pokazalo se da različito induciraju regulatorne T stanice i rezultiraju proizvodnjom protuupalnog citokin interleukina (IL) -10. 29 Drugi komenzali mogu potaknuti razvoj T-pomoćnih stanica, uključujući TH17 stanica, a rezultat je kontrolirani upalni odgovor koji je djelomično zaštićen od patogena, barem proizvodnjom IL-17. 30 Indukcija inflamatornog odgovora niskog stupnja (fiziološka upala) od strane kommensala mogla se vidjeti da potiče imunološki sustav domaćina da se agresivnije nosi s dolaskom patogena. 31

Pomoću ovih i drugih mehanizama može se vidjeti da mikrobiota igra ključnu ulogu u zaštiti domaćina od kolonizacije patogenim vrstama. 32 Neke crijevne bakterije proizvode različite tvari, od relativno nespecifičnih masnih kiselina i peroksida do visoko specifičnih bakteriocina, 33, 34 koji mogu inhibirati ili ubiti druge potencijalno patogene bakterije, 35 dok određeni sojevi proizvode proteaze sposobne denaturirati toksine bakterija. 36

Mikrobiota i metabolizam

Iako su imunološke interakcije između mikrobiote i domaćina već neko vrijeme detaljno proučavane, tek se nedavno počelo shvaćati istinski opseg metaboličkog potencijala mikrobiote. Neke od ovih metaboličkih funkcija bile su dobro poznate, poput sposobnosti bakterijskih disakaridaza da spašavaju neapsorbirane šećere u prehrani, poput laktoze i alkohola, te ih pretvaraju u kratkolančane masne kiseline (SCFA) koje se zatim koriste kao izvor energije sluznicom debelog crijeva. SCFA potiču rast crijevnih epitelnih stanica i kontroliraju njihovu proliferaciju i diferencijaciju. Također je već neko vrijeme poznato da crijevne bakterije mogu proizvesti hranjive tvari i vitamine, poput folata i vitamina K, dekonjugirati žučne soli, 37 i metabolizirati neke lijekove (poput sul-fasalazina) unutar crijevnog lumena, čime oslobađaju njihove aktivne dijelove . Međutim, tek je nedavno otkriven potpuni metabolički potencijal mikrobioma i uvažen je potencijalni doprinos mikrobiote metaboličkom statusu domaćina u zdravlju, te u vezi s pretilošću i srodnim poremećajima. Primjena genomike, metabolomike i transkriptomike sada može otkriti, do silnih detalja, metabolički potencijal određenog organizma. 38 – 41

Sada je također poznato da određeni komenzalni organizmi proizvode i druge kemikalije, uključujući neurotransmitore i neuromodulatore, koji mogu promijeniti druge funkcije crijeva, poput pokretljivosti ili osjeta. 42 – 44 Nedavno, a možda i iznenađujuće, predloženo je da mikrobiota može utjecati na razvoj 45 i funkciju 46 središnjeg živčanog sustava, što dovodi do koncepta osi mikrobiota-crijevo-mozak. 47 – 49


Drže li labradori ključ uspješnog starenja kod ljudi?

Nakon objavljivanja Vicki Adams i njezinih kolega u Acta Veterinaria Scandinavica danas, na ovom blogu ona objašnjava više o svojim rezultatima istraživanja i o tome kako psi mogu pružiti uvid u razumijevanje uspješnog starenja kod ljudi.

Kao veterinarski epidemiolog, moj interes i strast je u istraživanju uzroka bolesti kod kućnih životinja i kako ih spriječiti. Jedna od jasnih prednosti epidemiološke studije, poput prospektivne kohortne studije, jest ta da se stečeno znanje može koristiti za pomoć članovima ciljne populacije u produljenju zdravstvenog razdoblja, definiranom kao broj godina u kojima je pojedinac općenito zdrav i bez ozbiljnih bolesti .

Otkrivanje tajni uspješnog starenja

Godine 2015. pozvan sam da budem dio tima za procjenu rezultata 10+-godišnjeg promatranja skupine od 39 labradorskih retrivera gotovo jedna trećina (28%) ovih labradora postigla je iznimnu dob koja je dosegla ili prešla 15,6 godina. Ova iznimna dob definirana je uzimanjem prosječne starosti pasmine od 12 godina i produžavanjem za 30%. Zanimalo nas je pokušati otkriti neke tajne uspješnog starenja jer će povećanje zdravlja pasa koristiti i ljubimcu i njegovim vlasnicima.

Bi li nam naši ‘najstariji od starih’ pratilaca pasa mogli dati neke tragove o tome kako možemo uspješno ostariti?

Ali zašto bi ti labradori trebali zanimati ljude i naš proces starenja? Interes je u činjenici da 15,6-godišnji labrador predstavlja ̴95 godina u fiziološkoj dobi čovjeka. Najstariji pas, mužjak po imenu Utah, umro je 5 tjedana prije svog 18. rođendana, što je jednako ljudskoj dobi od ̴109 godina, što ga čini gotovo nadstogodišnjakom u ljudskom smislu (upoznajte Utah i neke druge pse). Bi li nam naši ‘najstariji od starih’ pratilaca pasa mogli dati neke tragove o tome kako možemo uspješno ostariti?

S ciljem razumijevanja procesa

Vodeći veterinarski gerontolog, profesor David Waters, sa Sveučilišta Purdue University of Veterinary Medicine, Indiana, SAD, poznat je po svom radu na temi produljenja ljudskog zdravlja.

Proučavao je vrlo uspješno starenje kod domaćeg psa, Canis lupus familiaris, osobito u pasmini rottweilera. Krajnji cilj je potpuno razumjeti proces vrlo uspješnog starenja, uključujući rezistenciju na rak, i kod naših domaćih pasa i kod ljudi, to je u 13-minutnom govoru zabilježio profesor Waters na YouTubeu, prikazan dolje.

Što smo otkrili?

Za epidemiologa, ovo zapažanje o dugovječnosti u labradorima, objavljeno danas u Acta Veterinaria Scandinavica, donio je neke uzbudljive rezultate. Gotovo 90% labradora premašilo je očekivanu prosječnu starost pasmine od 12 godina, a pet je pasa postalo 16 ili 17 godina.

Zašto su neki labradori živjeli sa 16 ili 17 godina, a drugi su dosegli očekivanu prosječnu starost od 12 ili čak nižu?

U usporedbi s drugim skupinama labradora, ova je skupina pokazala značajno povećanje njihova životnog vijeka. Zašto su neki labradori živjeli sa 16 ili 17 godina, a drugi su dosegli očekivanu prosječnu starost od 12 ili čak nižu? Bi li njihovo iskustvo moglo pomoći u razvoju strategija koje povećavaju zdravlje ljudi?

Za ljude, 'najstariji od starih' (stogodišnjaci) pokazuju kompresiju morbiditeta koji su 'komprimirali' bolesti u posljednjih nekoliko godina svog više od 100 godina života, što bi tipično uzrokovalo bolest i smrt u mlađoj dobi. Naši labradori stari 16-17 godina predstavljaju ljude stare 99-104 godine. Koje su 'kompresije' postigli i što možemo naučiti o vrlo uspješnom starenju?

Utvrdili smo da su najdugovječniji labradori, 28% koji su iznimno stari (≥15,6 godina), imali znatno sporiju stopu nakupljanja tjelesne masti u prvih 13 godina života u usporedbi s labradorima koji su živjeli samo do očekivane prosječne starosti od 12 ili manje.

Također su imali znatno sporiji gubitak mršave tjelesne mase u usporedbi s onima s najkraćim vijekom trajanja. Važna komponenta čiste tjelesne mase je gubitak mišićne mase mišićne mase i snage u odsutnosti bolesti naziva se sarkopenija.

U ljudi, sarkopenija povezana s dobi odgovara trenutnoj definiciji gerijatrijskog sindroma: stanja koja su posljedica nepotpuno shvaćene interakcije bolesti i dobi na više tjelesnih sustava, stvarajući zbirku znakova i simptoma. Sarkopenija je povezana s povećanim rizikom od neželjenih ishoda kao što su tjelesni invaliditet, loša kvaliteta života i smrt.

Drže li psi ključ?

Sada smo zainteresirani za daljnju procjenu promjena u tjelesnoj masnoći i mršavoj tjelesnoj masi kako bismo vidjeli mogu li oni držati ključ zašto su neki psi uspjeli, a neki nisu, dosegli iznimnu dob.

Sada smo zainteresirani za daljnju procjenu promjena u tjelesnoj masnoći i mršavoj tjelesnoj masi kako bismo vidjeli mogu li oni držati ključ zašto su neki psi uspjeli, a neki nisu, dosegli iznimnu dob. Takvo znanje moglo bi se primijeniti na model starenja ljudi i pomoći u razvoju strategija za poboljšanje naše šanse za zdravo starenje i za produljenje zdravlja.

Treba napomenuti da su labradori uključeni u promatranje dugovječnosti hranjeni radi održavanja ocjene stanja tijela između 2 i 4 na ljestvici od 5 točaka kako bi se izbjeglo prekomjerno povećanje tjelesne težine koje je prethodno bilo povezano s mišićno-koštanom bolešću i smanjenom dugovječnošću. Zanimljivo je da je upravo ovaj tjedan doktorica Eleanor Raffan i drugi znanstvenici sa Sveučilišta Cambridge u Labradorima identificirali gen za pretilost (POMC).

Dakle, sljedeći put kada mazite svog ostarjelog psa i s ljubavlju ga pogledate u oči, samo pomislite da bi oni mogli držati ključeve nekih tajni o tome kako bismo i mi mogli uspješno ostariti.


Jesu li ljudska bića samo inteligentne bakterije?

Autor Rain Noe - 28. srpnja 2016

Slijedeći Alati i pojačalo Craft pozivajući se na Burning Man, ponovo sam pogledao ove video zapise snimljene prije nekoliko godina:

Unesite naslov (nije obavezno)

Sjećam se da mi je ovaj video bio lijep kad sam ga prvi put pogledao, ali ovaj put mi je nešto zasmetalo. Savršeni polukrug "grada" koji se oblikovao na organskijem platnu pijeska, isprekidan malim olujama prašine, nije mi se činio lijepim, nego se činio gotovo ... grotesknim. Kako su se laseri uključili, a osvijetljena vozila počela kretati naprijed -natrag, mi ljudi izgledamo, kao i uvijek iz daleka i ubrzano, insektoidno.

Cijeli prizor podsjetio me na prljavštinu Joea Rogana od prije nekoliko godina:

Redditor Nesshie91 dao je gornju transkripciju u niti. Naknadna rasprava osvjetljava, dodiruje sve od Carla Sagana Blijedoplava točka znanstvenom radu ruskog biologa Georgija Frančeviča Gausea iz 1934. pod nazivom "Borba za postojanje", koji objašnjava što se događa kada bakterije dosegnu svoje granice.

Ako gornja teorija zadesi vaš duh, nit je vrijedna čitanja i nalazi se upravo ovdje.


Gledaj video: बकटरय रखग आपक फट Bacteria Keeps You Fit (Kolovoz 2022).