Informacija

Kaip mikrobai plinta iš mažos vietos į labai didelę?

Kaip mikrobai plinta iš mažos vietos į labai didelę?


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.

Bakterijos yra labai mažos, todėl jos negali labai toli judėti. Virusai visiškai negali judėti. Taigi, kaip tam tikros rūšies bakterijos ar virusai plinta iš mažos vietos į labai didelį plotą (pavyzdžiui, visą Žemę)?


Paukščiai migruoja tūkstančius kilometrų, nešiodami ligas mėnesiais ar mažiau. Keičiantis klimatui, vabzdžiai ir gyvūnai keičia savo arealus šimtus ar daugiau metų. Bakterijų sporos, pvz., juodligė, gali būti tokios formos, kad būtų lengvai išpūstos aplink visą Žemę ir pasirengusios klestėti visur, kur jos liečiasi. Augalų ligos keliauja kartu su augalų šeimininkais, o per tūkstančius metų augalai, pvz., Kiaulpienės ir spygliuočiai, gali išplisti tūkstančius kilometrų platumos ir ilgumos.


@SMcGrew atsakymas iš esmės yra teisingas, bet leiskite pridėti techninį terminą (bent jau infekcinių ligų kontekste): bakterijos ir virusai, kuriuos nešioja vektoriai. Nuo žodžio vektorius yra per daug naudojamas, net jei apsiribojame biologija, taip pat įprasta būti konkretesniems ir vadinti ligų pernešėjai.

Vektoriai skirstomi į biologiniai vektoriai ir mechaniniai vektoriai, priklausomai nuo to, ar jie biologiškai sąveikauja su mikrobu (t. y. užsikrečia), ar tiesiog nešami iš vienos vietos į kitą.


Apsinuodijimas maistu

& kopijuoti A. Dowsett, Sveikatos apsaugos agentūra / Mokslo nuotraukų biblioteka Bakterija Campylobacter jejuni yra dažna apsinuodijimo maistu priežastis. Užkrėsti naminiai paukščiai, mėsa ir pienas yra infekcijos šaltiniai. Viduriavimo, skrandžio spazmų ir karščiavimo simptomai užtrunka maždaug 3 dienas.

Per maistą plintančių ligų atvejų skaičius tebėra didelis – Jungtinėje Karalystėje kasmet užsikrečia apie 1 mln. Simptomai, įskaitant vėmimą, viduriavimą, pilvo skausmą ir karščiavimą, yra ne tik nemalonūs, bet ir kainuoja apie 1,5 milijardo svarų per metus prarastų darbo dienų ir medicininės priežiūros. Daugumos per maistą plintančių ligų galima išvengti.

Užkirsti kelią apsinuodijimui maistu yra kiekvieno žmogaus pareiga grandinėje nuo plūgo iki lėkštės. Tai ūkininkai ir augintojai, gamintojai, parduotuvės, viešojo maitinimo įstaigos ir vartotojai. Maisto tiekėjų veiklą reglamentuoja JK ir ES maisto saugos teisės aktai. Namuose reikia laikytis tinkamos higienos, maisto gaminimo ir sandėliavimo.

Kai kurios bakterijos, galinčios sukelti apsinuodijimą maistu

Bakterijos pavadinimas Originalus šaltinis Rizikingas maistas Laikas tobulėti Simptomai
Bacillus cereus dirvožemio virti ryžiai ir makaronai mėsos gaminiai daržovės 1 ir 5 valandos pykinimas, pykinimas ir viduriavimas
Campylobacter jejuni žalia mėsa ir paukštiena nepakankamai termiškai apdorotas mėsos ir paukštienos žalias pienas ir kryžmiškai užkrėstas maistas 3 ir 5 dienos valgant užkrėstą maistą karščiavimas, stiprus skausmas ir viduriavimas
Clostridium botulinum (labai retas) dirvožemio sugedusios perdirbtos mėsos ir daržovių konservai, konservuota mėsa ir žalia žuvis 1&ndash7 dienos veikia regėjimą, sukelia paralyžių ir gali būti mirtinas
Clostridium perfringens aplinka dideli sąnariai mėsos pašildytais padažais 8&ndash24 valandos pykinimas, skausmas ir viduriavimas
Escherichia coli ir ndash
E. coli O157:H7 yra labai bjauri atmaina ir gali būti mirtina
visų žmonių ir gyvūnų žarnynas užterštas vanduo, pienas, netinkamai virta mėsa, kryžmiškai užteršti maisto produktai 3 ir 4 dienos uždegimas, pykinimas ir viduriavimas
Listeria monocytogenes visur minkšti sūriai, paté, fasuoti salotų virimo-vėsinimo produktai skiriasi karščiavimas, galvos skausmas, septicemija ir meningitas
Salmonelės paukščių ir žinduolių, įskaitant žmones, žarnyne - su išmatomis plinta į vandenį ir maistą paukštiena, kiaušiniai ir žalių kiaušinių produktai, daržovės 6&ndash48 valandos viduriavimas, pykinimas ir galvos skausmas
Staphylococcus aureus gyvūnų ir žmonių oda ir nosis sūdyti mėsos pieno produktai, nešaldyti, apdoroti maisto produktai 2 ir 6 valandos pykinimas, skausmas ir kartais viduriavimas

Išsamus žvilgsnis į bakteriją, sukeliančią apsinuodijimą maistu

Kampilobakterijos

Bakterija Kampilobakterijos yra normalios floros dalis, gyvenanti sveikų viščiukų ir kitų gyvūnų žarnyne. Gamykloje, kai višta nužudoma ir išdarinėjama, jos žarnyno turinys, įskaitant Kampilobakterijos, gali liestis su paukščio ir rsquos oda. Tai reiškia, kad žalia vištienos mėsa gali būti užteršta Kampilobakterijos.

Kaip įsitikinti, kad vištieną valgyti saugu?

Kampilobakterijos yra jautrus karščiui, todėl tinkamai iškepusi vištiena ją nužudys ir mėsa bus saugi valgyti. Jei vištiena patiekiama nepakankamai virta, tada Kampilobakterijos galėtų išgyventi ir būti valgomas kartu su vištiena. Prarijus bakterijas, jos dauginasi žmogaus žarnyne ir sukelia ligą, vadinamą apsinuodijimu maistu. Viduriavimo, skrandžio spazmų ir karščiavimo simptomai užtrunka maždaug 3 dienas. Liga trunka nuo 2 dienų iki savaitės.

Kryžminis užteršimas yra mikrobų perkėlimas iš žalių maisto produktų į paruoštus ir virtus maisto produktus, tai gali įvykti:

  • žaliavinis maistas liečiasi ar taškosi ant virto maisto
  • žaliavinio maisto lietimo įranga ar paviršiai, kurie vėliau naudojami gaminamam maistui
  • arba žmonės, rankomis liesdami žalią maistą, o tada tvarkydami virtą maistą.

Siekiant užkirsti kelią kryžminiam užteršimui, svarbu palaikyti gerą virtuvės higieną, pavyzdžiui, atskirai laikyti virtą ir žalią maistą bei gerą asmeninę higieną, tinkamai plaunant rankas ir surišant plaukus.

Spoileriai

Kai ant maisto išauga mikrobai, netrukus gali būti nemalonus kvapas, atrodyti gleivingai, pakeisti spalvą, baisiai skanu ar net gauti pūkuotą dangą ir nevalgoma. Sužinokite, kas tai sukelia.

Prodiuseriai

Mikrobai raugina cukrų, kad gautų energijos sau - mūsų laimei, maistą, pavyzdžiui, duoną ir jogurtą, galima pagaminti fermentuojant mikrobus.

Mikrobai ir žmogaus organizmas

Ar kada susimąstėte, kodėl būdami mikrobų apsupti, mes nesergame visą laiką?

Mikrobai ir lauke

Mikrobų, kaip mažų cheminių procesorių, funkcija yra išlaikyti planetos gyvavimo ciklą.


Mikroorganizmų klasifikacija

Mikroorganizmai yra suskirstyti į taksonomines kategorijas, kad būtų lengviau tirti ir bendrauti.

Mokymosi tikslai

Įvertinkite, kaip ankstyvas gyvenimas pakeitė žemę

Pagrindiniai išsinešimai

Pagrindiniai klausimai

  • Klasifikavimo sistema nuolat keičiasi tobulėjant technologijoms.
  • Naujausioje klasifikavimo sistemoje yra penkios karalystės, kurios toliau skirstomos į prieglobstį, klasę, tvarką, šeimą, gentį ir rūšis.
  • Mikroorganizmams mokslinis pavadinimas suteikiamas naudojant binominę nomenklatūrą.

Pagrindinės sąlygos

  • DNR pirštų atspaudų ėmimas: ląstelės DNR sekų išskyrimo ir kartografavimo metodas, skirtas identifikuoti.

Gyvybė Žemėje garsėja savo įvairove. Visame pasaulyje galime rasti daugybę milijonų skirtingų gyvenimo formų. Biologinė klasifikacija padeda identifikuoti kiekvieną formą pagal bendras savybes (panašumus), naudojant taisyklių rinkinį ir įvertinimą, kiek jis yra glaudžiai susijęs su bendru protėviu (evoliucinis ryšys), siekiant sukurti tvarką. Išmokę atpažinti tam tikrus modelius ir suskirstyti juos į konkrečias grupes, biologai geriau supranta ryšius, egzistuojančius tarp įvairių planetoje gyvenančių gyvų formų.

E. coli klasifikacija: Domenas: Bakterijos, Karalystė: Eubakterijos, Pylum: Proteobakterijos, Klasė: Gammaproteobakterijos, Užsakymas: Enterobacteriales, Šeima: Enterobacteriaceae, Gentis: Escherichia, Rūšis: E. coli.

Pirmoji, didžiausia ir labiausiai įtraukianti grupė, kuriai priskiriami organizmai, vadinama domenu ir turi tris pogrupius: bakterijos, arche ir eukarya. Ši pirmoji grupė apibrėžia, ar organizmas yra prokariotas, ar eukariotas. Domeną pasiūlė mikrobiologas ir fizikas Carlas Woese'as 1978 m. ir yra pagrįstas mikroorganizmų ribosomų RNR sekų panašumų nustatymu.

Antra pagal dydį grupė vadinama karalyste. Aprašytos penkios pagrindinės karalystės, apimančios prokariotas (pvz., archas ir bakterijas), protoctistas (pvz., pirmuonius ir dumblius), grybus, augalus ir gyvūnus. Karalystė dar skirstoma į prieglobstį arba padalinį, klasę, tvarką, šeimą, gentį ir rūšį, kuri yra mažiausia grupė.

Mokslas apie organizmų klasifikavimą vadinamas taksonomija, o grupės, sudarančios klasifikavimo hierarchiją, vadinamos taksonais. Taksonomiją sudaro naujų organizmų klasifikavimas arba esamų klasifikavimas. Mikroorganizmai yra moksliškai atpažįstami naudojant binominę nomenklatūrą, naudojant du žodžius, nurodančius gentį ir rūšį. Mikroorganizmams priskirti pavadinimai yra lotyniški. Pirmoji genties vardo raidė visada rašoma didžiosiomis raidėmis. Klasifikuoti mikroorganizmus daugiausia padėjo fosilijų tyrimai ir pastaruoju metu DNR sekos nustatymas. Klasifikavimo metodai nuolat keičiasi. Plačiausiai naudojami mikrobų klasifikavimo metodai yra morfologinės charakteristikos, diferencinis dažymas, biocheminis tyrimas, DNR pirštų atspaudų arba DNR bazės sudėtis, polimerazės grandininė reakcija ir DNR lustai.


Mokymasis iš mažiausių Žemės ekosistemų („Kavli Hangout“)

Alanas Brownas, Kavli fondo rašytojas ir tinklaraštininkas, prisidėjo prie šio straipsnio „Live Science“ Ekspertų balsai: Op-Ed & Insights.

Nuo mūsų kūno viduje iki vandenyno dugno mikrobiomos – bakterijų ir kitų vienaląsčių organizmų bendruomenės – klesti visur gamtoje. Mažiausiai prieš 3,8 milijardo metų atsiradę jie suformavo mūsų planetą ir sukūrė deguonies turtingą atmosferą. Be jų gyvybė Žemėje negalėtų egzistuoti.

Tačiau mes stebėtinai mažai žinome apie mažiausių ir sudėtingiausių gamtos ekosistemų vidinį veikimą.

Mikrobiomos turi daug ko mus išmokyti. Sužinoję, kaip mikrobiomų nariai sąveikauja vieni su kitais, mokslininkai gali atrasti naujovišką žaliąją chemiją ir gyvybes gelbstinčius vaistus arba išmokti sumažinti ligoninių infekcijas, kovoti su autoimuninėmis ligomis ir auginti pasėlius be trąšų ar pesticidų.

Dėl didžiulio mikrobiomų sudėtingumo juos sunku ištirti įprastomis biocheminėmis priemonėmis. Nanomokslas siūlo kitokį ir papildantį įrankių rinkinį, kuris žada atverti langą į šį paslėptą pasaulį. [Nanotechninis mikrobiomo vaizdas]

Anksčiau šį mėnesį „Kavli“ fondas surengė „Google Hangout“ su dviem lyderiais naujose nanomokslų taikomosiose programose tiriant mikrobiomas. Jie aptarė natūralių biomų potencialą, kodėl juos taip sunku suprasti ir kaip nanomokslas gali padėti mums atskleisti mikrobiomų paslaptis.

Prie pokalbio prisijungė:

Eoin Brodie, Lawrence'o Berkeley nacionalinės laboratorijos Ekologijos skyriaus darbuotojas. Jis buvo komandos, kuri sukūrė prietaisą, galintį identifikuoti tūkstančius bakterijų rūšių, randamų mikrobiomose, dalis ir šiuo metu kuria būdus, kaip sujungti daugelio skirtingų matavimo priemonių duomenis į nuoseklesnį šių ekosistemų vaizdą.

Džekas Gilbertas yra Argonne nacionalinės laboratorijos Biomokslų skyriaus vyriausiasis tyrėjas ir Čikagos universiteto ekologijos ir evoliucijos docentas. Jis ištyrė ligoninių mikrobiomas ir ieško būdų, kaip panaudoti nanostruktūras, kuriose yra bakterijų, kad padėtų kūdikiams kovoti su imuninėmis ligomis.

Žemiau yra pakeista jų diskusijos stenograma. Dalyviai atliko pakeitimus ir pakeitimus, kad paaiškintų žodinius komentarus, įrašytus tiesioginės transliacijos metu. Norėdami peržiūrėti ir klausytis diskusijos su nepakeistomis pastabomis, galite žiūrėti originalų vaizdo įrašą.

Kavli fondas: Taigi pradėkime nuo akivaizdaus klausimo, kas tiksliai yra mikrobiomas?

Eoin Brodie: Mikrobiomas yra organizmų ryšys ekosistemoje. Apie mikrobų ekosistemą galite galvoti taip pat, kaip apie sausumos ekosistemą, pavyzdžiui, atogrąžų mišką, pievas ar kažką panašaus. Tai organizmų, dirbančių kartu palaikant sistemos funkciją, ryšys.

Džekas Gilbertas: Taip. Mikrobiome bakterijos, archėjos (vienaląsčiai organizmai, panašūs į bakterijas), virusai, grybai ir kiti vienaląsčiai organizmai susijungia į bendruomenę, kaip ir žmonių populiacija mieste. Šie skirtingi organizmai ir rūšys atlieka skirtingus vaidmenis. Kartu jie sukuria atsirandantį turtą, ką visa bendruomenė daro kartu, kad palengvintų reakciją ar atsaką aplinkoje.

TKF: Kaip sudėtingi gali būti šie mikrobiomai? Ar jie panašūs į atogrąžų miškus? Ar jie sudėtingesni, mažiau sudėtingi?

J.G .: Eukariotinio gyvenimo įvairovė - visi gyvi gyvūnai ir augalai, kuriuos galite pamatyti, be mikrobų gyvenimo įvairovės išnyksta. Šios bakterijos, šios archajos, šie virusai - jie žemėje buvo 3,8 milijardo metų. Jie yra tokie plačiai paplitę, kad kolonizavo kiekvieną planetos nišą.

Jie suformavo šią planetą. Priežastis, kodėl atmosferoje yra deguonies, yra dėl mikrobų. Prieš pradedant fotosintezuoti šviesą į biomasę, atmosferoje daugiausia buvo anglies dioksido. Augalai ir gyvūnai Žemėje egzistuoja dėl bakterijų. Visų augalų ir gyvūnų įvairovė - viskas, kas gyva šiandien, kurią galite pamatyti savo akimis - tai lašas patarlių turinčiame įvairovės vandenyne, esančiame bakterijų ir mikrobų pasaulyje. [Ar žarnyne esantys mikrobai gali paveikti smegenis?]

E.B.: Mes linkę manyti, kad žemė yra žmonių planeta ir kad mes esame pagrindinis organizmas arba alfa rūšis. Bet mes iš tikrųjų esame keleiviai, tiesiog atsitrenkiame į mikrobų planetą. Esame naujausi, naujausi papildymai.

TKF: Jūs abu esate tokie poetiški. Tačiau mes labai mažai žinome apie mikrobiomas. Kodėl taip sunku suprasti, kas vyksta šiose ekosistemose?

E.B .: Džekas to išvengė. Pirma problema yra ta, kad mikrobiomos yra labai mažos. Mes jų nematome ir labai sunku suprasti, kaip viskas veikia, kai jų nematai. Taigi, norint pamatyti šiuos organizmus, reikia įrankių.

Mes taip pat negalime jų auginti. Labai sunku juos atnešti iš natūralios ekosistemos į laboratoriją tyrimui. Tikriausiai mažiau nei vienas procentas, priklausomai nuo ekosistemos, iš tikrųjų gali būti auginamas laboratorijoje auginimo terpėse, kad galėtume atlikti eksperimentus ir suprasti, kokias funkcijas jie atlieka. Dėl to 99 procentai - didžioji dauguma Žemėje esančių mikrobų ir dauguma jų ekosistemų - mums nežinomi, išskyrus jų DNR parašus ir panašius dalykus.

Dabar Džekas pradėjo DNR analizę. Kai pažvelgsite į šių aplinkų DNR parašus, yra visi šie nauji organizmai, nauji baltymai ir naujos funkcijos, kurių mes niekada anksčiau nematėme. Tai buvo vadinama žemės mikrobine tamsiąja medžiaga. Kaip ir tamsioji materija ir energija visatoje, tai mums buvo nežinoma, tačiau nepaprastai svarbu, kad planeta ir žmonės toliau veiktų.

TKF: Taigi, kodėl taip sunku auginti šiuos mikrobus Petri lėkštelėje?

E.B .: Jie labai nervingi. Galite galvoti taip. Daugeliu atvejų jie nemėgsta valgyti to maisto, kurį jiems duodame. Jie valgo tai, ko nežinome, kad gali valgyti. Jie kvėpuoja daiktais, kurių mes nežinome, kad jie gali kvėpuoti.

Mes kvėpuojame deguonimi, jie kvėpuoja deguonimi, bet kvėpuoja ir nitratais, geležimi, siera, net anglies dioksidu. Labai sunku gauti reikiamą koncentraciją ir derinius, ką jie valgo ir kvėpuoja.

Kai kuriais atvejais, net jei galite tai išspręsti, jiems gali būti kažkas, ko jiems reikia gauti iš kito ekosistemos nario. Šis narys gali tiekti jiems augti svarbią maistinę medžiagą arba kofaktorių.

Taigi teisingai ištirti visas galimas permacijas ir derinius yra labai sudėtinga. Daug žmonių dirba su tuo, ir į tai įdėta daug patirties, tačiau tai labai sunku ir sudėtinga.

J.G .:& Tai įdomus dalykas. Man tai prilygsta kepėjui. Žinote, jei žmonių bendruomenėje turite kepėją, kepėjui reikia žmogaus, kuris galėtų pagaminti miltus, kas galėtų duoti šiek tiek mielių ir kas nupirktų duoną. Jie egzistuoja kaip bendruomenėje gyvenančių asmenų tinklas.

Jei išimate kepėją iš bendruomenės, jis arba ji negali duonos gaminti, todėl jie nebėra kepėjai. Pašalinus mikrobą iš savo bendruomenės, sumažėja tikimybė, kad jis galės atlikti vaidmenis ir užduotis, kurias atlieka toje aplinkoje.

Taigi beveik nesinori tokių dalykų auginti atskirai. Nes nors jų izoliavimas palengvina mūsų, kaip mikrobiologo, darbą, taip pat daug sunkiau suprasti, ką jie iš tikrųjų daro aplinkoje, kurioje gyvena. Negalime to išsiaiškinti atskirai, nes jie yra bendruomenės žaidėjai.

TKF: Kokios yra priemonės, kurias šiandien galime naudoti norėdami pažvelgti į mikrobiomas? Ar yra naujausios technologijos?

J.G .: Taigi aš to imsiuosi. Turiu omenyje, kad tai labai dinamiška besivystanti sritis. Tai ne sritis, kurioje visi tarsi ilsisi ant laurų.

Norėdami suprasti mikrobus, turime keletą mums prieinamų įrankių. Viena iš tų priemonių yra genomika, todėl galime sekti bakterijų, archėjų, virusų ir grybų genomą, kaip tai padarėme su žmogaus genomu.

Antrasis yra transkriptas, kuris žiūri į RNR - trumpalaikę molekulę, kuri sukuria ląstelę, išversdama tai, kas yra genome, į baltymus. Tai naudinga, nes ji nurodo, kurie genai įjungiami ir išjungiami, kai tuos mikrobus dedame skirtingomis sąlygomis.

Tada mes turime proteomą, baltymus, kurie iš tikrųjų sudaro ląstelę. Jie yra fermentai, leidžiantys organizmui sąveikauti su aplinka, vartoti maistą, įkvėpti anglies dioksido, deguonies ar geležies ir pan.

Tada jūs turite metabolomą, metabolines molekules, kurias gyvi organizmai vartoja kaip maistą ir gamina kaip atliekas.

Genomas, transkriptas, proteomas ir metabolomas yra keturi mūsų įrankių rinkinio įrankiai, kuriuos iš tikrųjų galime naudoti tiriant mikrobų pasaulį. Tačiau jie jokiu būdu nėra mūsų įrankių ar mūsų tikslų riba. Turime ambicijų daug daugiau nei tik tų komponentų nagrinėjimas. Eoin kuria kai kuriuos iš jų, o galbūt Eoin, tu nori dabar prisijungti?

E.B.: Taip, dar pridėčiau. Mikrobiomo ir net atskirų mikrobų supratimo iššūkis yra tas, kad jie yra tokie maži. Jie yra sudėtingi ir maži, todėl suprasti jų veiklą – jų transkriptus ar baltymus ar metabolitus – tokiu mastu, kokiu jie egzistuoja, yra labai sudėtinga.

Visos technologijos, kurias paminėjo Džekas, kuriamos turint omenyje didesnius organizmus. Sumažinti jų skaičių, kad būtų atsižvelgta į mikrobų dydį, bet tada padidinti jų pralaidumą, kad būtų galima išspręsti mikrobų sudėtingumą, yra didžiulis, didžiulis iššūkis.

Pateiksiu pavyzdį. Kai pažvelgsite į ekosistemos veiklą, tarkime, atogrąžų mišką, pažvelgsite į medžių ir gyvūnų pasiskirstymą ir ieškosite sąsajos tarp augmenijos ir gyvūnų.

Taigi, jei norite suprasti vabzdžius, turite omenyje erdvę. Jūs manote: "Tai gyvena netoli šio. Ji sąveikauja šioje srityje". Taigi tarp tų ekosistemos narių yra sąveika, esminė asociacija.

Paprastai žiūrėjome į mikrobiomas – nors dabar tai keičiasi – buvo sutrinti visą mišką maišytuve. Tada mes suskirstytume visą DNR ir pažvelgtume į RNR, baltymus ir metabolitus.

Tada mes bandome grįžti ir pasakyti: „Šis medis sąveikauja su šiuo vabzdžiu“. Tuo tarpu iš tikrųjų tas medis yra nutolęs nuo to vabzdžio šimtus ar tūkstančius kilometrų, ir jie vienas kito niekada nemato.

Tai yra mūsų mikrobiomo problema. Kai sumaišome tuos organizmus, kad pažiūrėtume į jų DNR, RNR, baltymus ir metabolitus, atsikratome tos erdvinės struktūros ir jos asociacijų. Ir mes prarandame erdvės svarbą sąveikos palengvinimui. [Nanotechninis mikrobiomo vaizdas (Kavli apskritasis stalas)]

Taigi, iš tikrųjų, manau, kad kita mikrobiomų tyrimų banga turi būti nukreipta į šią mikrobų veiklą ir sąveiką mikrobų mastu. Ar jie mato vienas kitą? Ar jie sąveikauja ir kaip jie sąveikauja? Kokias chemines medžiagas jie keičia ir kokiomis sąlygomis? Manau, kad tai tikras iššūkis. Štai kodėl mes kalbame su Kavli fondu, nes čia atsiranda nanomokslas.

TKF: Tai puikus perėjimas prie kito mano klausimo: Kaip mes naudojame nanomokslus, kad sužinotume apie mikrobiomas? Pavyzdžiui, ar galėtume naudoti kai kuriuos tuos pačius nanoskalės zondus, kuriuos kuriame, tirdami smegenis, tarkime, tirdami vandenyno ar dirvožemio mikrobiomas?

E.B.: Manau, kad yra įdomių paralelių. Aš turiu galvoje, jūs galite galvoti apie smegenis kaip apie šį itin sudėtingą neuronų tinklą. „BRAIN“ iniciatyva bandoma nustatyti tuos neuronus ir sekti jų veiklą.

Panašiai mikrobiomas yra sąveikaujančių organizmų tinklas, kuris įsijungia ir išsijungia. To tinklo ryšiai ir struktūra yra nepaprastai svarbūs sistemos funkcionavimui, kaip ir smegenų veiklai.

„BRAIN Initiative“ žmonės susibūrė ir pasakė: „Na, ką turime daryti, kad galėtume pažvelgti į elektros krūvį ir elektros srautą per neuronus neinvaziškai ir realiu laiku?“ Ir jie sugalvojo kai kurias technologijas, kurios potencialiai gali atlikti labai mažą nuotolinį stebėjimą ir stebėti, kaip sistema keičiasi neinvaziškai.

Taigi, vienas būdas suprasti smegenis yra naudoti išorinį vaizdą, o kitas būdas yra įterpti jutiklius.

BRAIN iniciatyvoje kai kurie jutikliai kuriami čia, Berkeley laboratorijoje ir kitur, kurie naudoja RFID - radijo dažnio tapatybės - technologiją. Jie panašūs į žymes, naudojamas gabenimo konteineriams, prekėms universalinėse parduotuvėse ir panašiems dalykams sekti. Jie abu perduoda informaciją ir renka energiją iš radijo dažnių, todėl yra autonominiai įrenginiai. Manau, kad dabar iššūkis yra susieti šią technologiją su jutikliais, kurie gali kažką stebėti aplinkoje ir siunčia šią informaciją savarankiškai - nereikia baterijų - imtuvams. Tada, jei šie jutikliai yra paskirstomi protingai, kaip ir naudojant GPS, galite nustatyti trikampį, iš kur ta informacija gaunama.

Kaip galėtumėte tai panaudoti, kad suprastumėte mikrobiomą? Na, o kuriami jutikliai vis dar yra gana didelio masto, maždaug vieno kvadratinio milimetro dydžio. Mums tai gana maža, bet labai didelė mikrobui.

Taigi galite apie tai galvoti dirvožemyje. Tarkime, norime suprasti, kas atsitinka, kai šaknis auga per dirvą. Šaknis stimuliuoja mikrobus, o šalia šaknies yra dešimt kartų daugiau mikrobų nei toli nuo šaknų dirvožemyje. Jie visi turi skirtingą chemiją ir skirtingas funkcijas, kurios yra labai svarbios augalo mitybai ir sveikatai.

Jei galėtumėte paskirstyti labai mažus jutiklius dirvožemyje ir priversti juos pajusti tokius dalykus kaip anglis iš šaknų arba mikrobų suvartojamas deguonis, tuomet galite sukurti trimatį vaizdą, kaip keičiasi ir keičiasi dirvožemio mikrobiomas, kai šaknis juda per dirvą. Tai vienas iš pavyzdžių, kaip pažanga kitose srityse, skatinama nanotechnologijų, galėtų būti pritaikyta mikrobiomai.

TKF: Šie RFID jutikliai būtų pagrįsti puslaidininkių lustais, tiesa? Taigi galėtum paimti vaflį, daug jų pagaminti pigiai, paskirstyti dirvožemyje ir gauti nuotrauką, kurios negalėtum gauti kitaip?

E.B.: Taip. Yra nauja sritis, vadinama nuspėjamuoju žemės ūkiu. Tai panašu į individualų žemės ūkį, kuriame, pavyzdžiui, trąšų įterpimas į lauką nebūtų vienodas. Vietoj to, jūs pristatytumėte trąšas ten, kur jų reikia. Laistykite lauką būtent ten, kur reikia. Taigi jūs turite šį didžiulį paskirstytų autonominių jutiklių tinklą, kuris leistų mums efektyviau naudoti trąšas. Tada jis nebūtų išplautas ar prarastas iš sistemos ir nesukeltų vandens taršos ir panašių dalykų. Šie pavyzdžiai nėra mikrobų mastu, tačiau mikrobiniai procesai kontroliuoja šių trąšų prieinamumą ir įsisavinimą.

TKF: Ačiū. Laikykitės šios minties ir po kelių akimirkų prie jos grįšime. Tuo tarpu Džekas tyrė mikrobiomas naujoje ligoninėje, kad pamatytų, kaip jie vystosi ir veikia ligos plitimą. Ar galėtumėte papasakoti, ką darote ir kaip nanotechnologijos gali padėti?

J.G .: Taip. Ligoninėje esantys mikrobai jau porą šimtų metų buvo gydytojų ir medicinos tyrinėtojų dėmesys. Nuo tada, kai išsiaiškinome, kad bakterijos iš tikrųjų gali sukelti ligas, mes stengiamės išnaikinti kuo daugiau mikroorganizmų.

Ši paradigma pereina prie tokios, kur mums labiau įdomu suprasti, kaip bakterijų bendruomenės ligoninėje gali palengvinti ligų plitimą ir atsparumą antibiotikams, o galbūt taip pat skatinti sveikatą.

Mes lankėmės ligoninėse ir, turėdami labai, labai didelę laiko skiriamąją gebą, tyrėme, kaip laikui bėgant keičiasi jų bakterijų bendruomenės. Taigi, pažvelgę ​​į valandų ir dienų skalę, mes stengiamės suprasti, kaip - kai pacientas persikelia į naują kambarį operuotis ar atlikti operaciją - jau toje patalpoje esantys mikrobai veikia ligos rezultatus paciento buvimas ligoninėje. Norime sužinoti, ar dėl to jie tampa sveikesni, ar sergantys.

Taigi, mes katalogizavome mikrobus šiomis labai smulkiomis skalėmis. Ir tai, ką matome, yra mainai tarp bakterijų kambaryje ir paciento kūno viduje.

Tačiau mes taip pat išsiaiškinome, kad didžioji dauguma bakterijų, kurias paprastai sietume su vadinamosiomis su sveikatos priežiūra susijusiomis infekcijomis – patogenais, kuriuos, mūsų manymu, žmonės įgyja gulėdami ligoninėje, yra bakterijos, kurias pacientai atsinešė patys. Tai bakterijos, kurias turime savo viduje.

Atminkite, kad mūsų viduje gyvena šimtas trilijonų bakterijų. Jie sveria apie du kilogramus, maždaug tiek, kiek smegenys. Taigi, jei manote, kad BRAIN iniciatyva yra svarbi, galbūt mikrobiomų iniciatyva taip pat būtų svarbi, nes ji sveria maždaug tiek pat, kiek smegenys.

Žmogaus mikrobiomas turi daug žaidėjų. Dauguma jų yra draugiški mums, tačiau gali ir mus aplenkti. Lyginu tai su mieste plintančiomis riaušėmis. Žinote, jei atimsite daiktus iš žmonių, jie paprastai pakils ir bandys nuversti tai, kas juos pirmiausia palaikė.

Mikrobai yra panašūs. Ligoninės pacientui skiriame antibiotikus ir spindulinę terapiją bakterijoms naikinti. Tada mes perpjauname jo žarnyną ir veikiame bakterijas, kurios joms nepatinka, ir susiuvame žarnyną. Pažvelgę ​​​​į bakterijas matome, kad anksčiau draugiškos bakterijos pradėjo riaušti. Jie buvo tiek kartų įžeisti dėl paciento gydymo, kad nusprendė, kad jiems užtenka. Tada jie eina pulti šeimininko, kad atgautų iš jų atimamus išteklius.

Tai labai svarbu. Supratimas apie buvimą ligoninėje iš mikrobų perspektyvos padeda mums sukurti geresnius pacientų gydymo būdus ir sumažinti tikimybę, kad tie mūsų viduje esantys mikrobai maištaus, užpuls mus ir susirgs.

Nanotechnologijos padeda mums pasiekti tikslesnę vizualinės skiriamosios gebos skalę, kad galėtume tiksliai matyti, kada chirurginės procedūros metu bakterijos sukčiauja ir pradeda pulti šeimininką bei molekulinius mechanizmus, kuriais grindžiamas toks elgesys.

Turime puikų pavyzdį, kurį radome į žarną įdėję nanoskalės molekulinius biojutiklius. Jis matuoja fosfatų kiekį. Fosfatas yra labai svarbi molekulė, naudojama mūsų organizmui ir šių bakterijų ląstelėms sukurti DNR ir baltymus.

Kai fosfatų lygis nukrenta žemiau tam tikros ribos, mikrobai įjungia mechanizmą, kaip gauti fosfatą iš savo aplinkos. O kur geriausias fosfatų šaltinis? Tai yra jų šeimininko žarnyno gleivinėje. Taigi jie migruoja į žarnyną ir pradeda skaidyti žmogaus ląsteles. Mes tai patiriame kaip keletą patogeninių infekcijų, kurios dažnai mus žudo.

Kadangi mes suprantame šį procesą, kuriame mechanizmus, skirtus fosfatui išleisti tiksliai tinkamu laiku operacijos metu, kad šios bakterijos niekada nepatirtų tokio fosfato kiekio sumažėjimo. Norėdami atlikti šiuos mikro fosfatų išsiskyrimus, mes kuriame nanotechnologijų pastolius, kurie sulaiko fosfatą ir dedami į žarnyną operacijos metu. Tai sumažins tikimybę, kad mikrobai taps patogeniški.

TKF: Tai ne tik įdomu, bet ir priverčia vieną iš mūsų žiūrovų paklausti, ar galime pakoreguoti mikrobiomas taip, kad jie galėtų nukreipti į ligas ir kitas žmogaus sąlygas. Ar jie gali ne tik pakoreguoti rūgštingumą ar fosfatų kiekį ir padaryti ką nors agresyvesnio?

J.G .: Taip. Mums labiausiai pasisekė gydyti lėtines infekcijas, kurias sukelia Clostridium difficile bakterijų. C. diff infekcijos yra lėtinės virškinimo trakto infekcijos. Mūsų gydymui naudojamas šautuvas. Mes paimame bakterijas iš sveiko žmogaus ir persodiname jas kam nors, sergančiam lėtine C. diff infekcija. Tai panaikino C. diff infekciją ir sukūrė sveiką mikrobiomą paciento žarnyne, kad jis ar ji daugiau neserga.

Kinai tai padarė maždaug prieš 2000–3000 metų. Jie tai pavadino geltona sriuba, o sveiko žmogaus išmatas maitino sergančiu žmogumi, ir tai padarė ligonį sveiką. Mes ką tik iš naujo atradome šį procesą ir dabar jį taikome labiau klinikinėje aplinkoje.

Kol kas tai labai netikslingas požiūris. Tai, ką mes bandome padaryti su savo tyrimų grupe, Amerikos žarnynu ir programomis, susijusiomis su autizmu, Alzheimerio ir Parkinsono liga, yra nustatyti konkrečius bakterijų bendruomenės narius, kurių tie pacientai arba nėra, arba peraugę. Tada norime patyrinėti, kaip jas pakoreguoti – galbūt implantuojame tą, kurio trūksta, arba numušame atgal peraugusį, kad žmogus būtų sveikesnis.

E.B.: Prie to norėčiau ką nors pridėti. Manau, kad yra įdomi analogija, ką mes darome dėl C. diff - išmatų persodinimo - ir atstatymo ekologijos. Čia jūs pašalinate invazines augalų rūšis ir pasodinate kitą rūšį, kad nukonkuruotumėte tą invazinę augalų rūšį. Tai lygiai tas pats procesas, todėl medicinoje gali būti naudojami tie patys ekologiniai principai ir ekologinė teorija, kurie naudojami restauravimo ekologijoje. Kai kuriais atvejais tai gali būti ne taip paprasta, kaip vieno organizmo pašalinimas arba vieno ar dviejų kitų organizmų pridėjimas. Tai gali būti bendruomenės funkcija, kur mums iš tikrųjų gali prireikti to sudėtingumo, kad galėtume konkuruoti su ligą sukeliančiu organizmu.

J.G .: Tai tikrai įdomus punktas. Ir Eoin, ir aš esame mikrobų ekologas. Pradėjau nuo jūrų mikrobų ekologijos, o dabar dirbu dirvožemyje, augaluose, žmonėse ir ligose. Eoinas daro tą patį. Ir mes abu galime pritaikyti ekologinius mikrobų principus bet kurioje aplinkoje, nes mikrobų yra visur.

TKF: Gerai. Taigi, Eoin, turime du klausimus iš mūsų auditorijos. Pirmasis susijęs su žemės ūkiu. Žiūrovas nori sužinoti, ar nanomokslai padeda mums pakeisti mikrobiomą taip, kad pakeičiame augalų auginimo, tręšimo ir apsaugos nuo kenkėjų būdą?

E.B.: Tai puikus klausimas, ir manau, kad taip pat tikrai laiku. Pasaulio gyventojų skaičius yra septyni milijardai - devyni, o vėliau - 11 milijardų. Pasibaigs trąšos, pritrūks vietos maistui auginti, o vandens pritrūks - Kalifornijoje mus ištiko didžiulė sausra. Tai yra mūsų iššūkiai, išmaitinti pasaulio gyventojus ir aprūpinti pasaulio gyventojus.

Tai, ką gali padaryti mikrobai ir nanotechnologijos, daugiausia susiję su augalų atsparumo stresui, pavyzdžiui, sausrai, gerinimu. Mikrobai gali padėti augalams gauti vandens. Pavyzdžiui, mikorizės grybai gali padidinti šaknų sistemą, pagerinti jos atsparumą sausrai ir pagerinti mitybą.

Taip pat galime nustatyti bakterijas, galinčias gaminti trąšas augale ar šalia jo. Taigi bakterijos, galinčios paimti azotą iš atmosferos ir fiksuoti azotą, gali kompensuoti azoto trąšų naudojimą, o tai užima daug energijos ir gamina daug taršos.

Bakterijos taip pat gali išgauti svarbius mineralus iš dirvožemio. Galime turėti bakterijų, augančių kartu su augalais, kurie įgyja fosforo, kaip sakė Džekas. Mes galime pasirinkti bakterijas taip, kad jos išgautų daugiau fosforo nei reikia, ir tiekti jas augalui.

Visa tai sumažintų mūsų priklausomybę nuo fosforo gavybos iš kasyklų arba penkių procentų mūsų pasaulio energijos panaudojimo azoto trąšoms gaminti. Manau, tai didelis, didelis iššūkis.

Nanotechnologijos, kaip minėjau anksčiau, gali būti naudojamos šiems organizmams apibūdinti ir suprasti, kaip jie veikia. Mes taip pat galime sukurti jutiklių sistemas, kad nustatytume, kada maistinės medžiagos riboja augimą. Taigi, užuot labai neefektyviai paskleidę maistines medžiagas ir trąšas, galime jas naudoti labai kryptingai, konkrečiai ir daug tvariau.

TKF: Ar galime žengti žingsnį toliau ir galbūt naudoti mikrobiomas kenkėjams kontroliuoti?

E.B.: Tiesą sakant, tai buvo daroma ilgą laiką. Kaip žinote, ten yra GMO pasėlių, kurie paėmė genus iš mikrobų, naudojamų vabzdžiams naikinti. Tai būtų galima padaryti natūralesniu būdu, taip pat, pavyzdžiui, auginant šias bakterijas kartu su augalais ir potencialiai užkertant kelią vabzdžiams ganyti ir maitintis augalais. Iš gamtos galime daug pasimokyti. Gamta jau sukūrė šias kenkėjų kontrolės strategijas, ir mes galime iš to pasimokyti, kad sukurtume savo apsaugą labiau, kontroliuojamu ir protingesniu būdu.

TKF: Kitas žiūrovo klausimas: ar įmanoma priversti dirbtinę mikrobiomų bendruomenę atlikti tam tikrą užduotį?

J.G .: Taip. Mes iš tikrųjų dirbome toje srityje ir bandėme sukurti tai, ką vadiname paprasta minimalia bendruomene. Tai organizmų bendruomenė, kuri atlieka užduotį, pavyzdžiui, sukuria acetatą arba gamina vandenilį arba butanolį kaip galimą biokuro šaltinį. Taigi mes žiūrime į mikrobus, kurie auga katodų paviršiuje, ir paimame neapdorotus elektronus iš tų katodų ir integruojame juos su anglies dioksido šaltiniu, pavyzdžiui, mėlynomis dujomis iš gamyklos. Mes norime sukurti bendruomenę, kuri skatina medžiagų apykaitą siekti užsibrėžto tikslo.

Tam reikės matematinio modeliavimo metodo. Taigi medžiagų apykaitos modeliavimas, bandymas kompiuteryje susintetinti, kaip šie mikrobai sąveikauja, kad išsiskirtų tam tikras produktas. Taigi šia prasme jums reikia nanotechnologijų, kad pajustumėte medžiagų apykaitos ryšius, esančius tarp tų organizmų, kad galėtumėte sukurti bendruomenę tam tikro produkto gamybai. Tai bus labai svarbu norint pasiekti biotechnologijų rezultatų.

E.B.: Tiesą sakant, aš turiu apversti šį klausimą. Norėčiau priimti natūralią mikrobų bendruomenę ir tam tikrais atvejais sustabdyti jos veiklą.

Tarkime, pavyzdžiui, turite galvijų. Jie yra svarbus pasaulinio metano šaltinis, kuris prisideda prie visuotinio atšilimo. Iš dalies taip yra dėl dietos, kuri suteikia energijos perteklių. Dėl to padidėja vandenilis, dėl kurio susidaro daug metano, o karvės išskiria daug metano.

Taigi, ar galėtume imtis tikslingos sintetinės biologijos ar cheminių trukdžių metodų ir sustabdyti metano gamybą? Norint pakeisti karvės prieskrandžio pusiausvyrą, karvės žarnyno mikrobų ekosistemą? Galėtume ne tik slopinti metano gamybą, bet ir pagerinti gyvūno mitybą, nes būtent mikrobai kontroliuoja energijos srautą į gyvūną iš jo suvalgyto maisto.

Tai sudėtinga ekosistema, tačiau konkrečiai jos keitimas gyvūno ir planetos labui yra įdomus iššūkis ir yra žmonių, kurie su tuo dirba.

J.G .: Norėčiau paimti tą tikslią sistemą ir pritaikyti ją anglims, kad gautume daugiau metano, kurį galėtume surinkti ir siurbti į žmonių namus kaip biokurą.

TKF: Įdomi mintis. Turiu dar vieną žiūrovo klausimą, o Džekas, manau, tu atsakysi į tai. Ji turi eksperimentinių gydymo būdų, kurie apima žarnyno bakterijų implantaciją žmonėms, sergantiems autizmu. Kodėl tai gali veikti? Ir ar tai bus kažkas, ką netrukus pamatysime?

J.G .: Mūsų žarnyno bakterijos daro įtaką neurologiniam elgesiui - mūsų elgesiui - per mūsų imuninę sistemą. Jie sukelia tam tikrą imuninį atsaką mūsų žarnyne, kuris maitina mūsų nervų sistemą, kad sukurtų tam tikrą būdingą elgesį mūsų smegenyse.

Mes tai žinome gyvūnų modeliuose jau daugelį metų. Mes tik pradedame suprasti, kokiu mastu neurologinės ligos, tokios kaip autizmas, Parkinsono liga ir tokios ligos kaip Alzheimerio liga, yra susijusios su bakterijų bendruomenės sutrikimu kažkieno žarnyne.

Buvo atlikti keli eksperimentai su labai mažu vaikų skaičiumi. Keliais atvejais Pietų Amerikoje ir daugelyje Australijos vaikams buvo persodintas išmatų mikrobiomas - sveika mikrobų bendruomenė, implantuota į jų pačių žarnyną.

Rezultatai yra įvairūs, o ne tai, ką norėtumėte išbandyti namuose. Tačiau kai kuriais atvejais jie rodo palankų rezultatą, kai sumažėja arba žymiai sumažėja vaiko neurologinis sutrikimas.

Kai kurios „Cal Tech“ grupės gamina probiotikus, konkrečias bakterijų rūšis, kurias jie tikisi įtraukti į vaiko mitybą arba įdėti į kapsulę, kurią galima nuryti.Atrodo, kad jie yra naudingi mažinant su autizmu susijusius neurologinius sutrikimus, nors jie vis dar yra ankstyvosiomis dienomis.

TKF: Tai veda prie kito klausimo, kurį norėjau jums užduoti. Džekai, jūs taip pat dirbate su mikrobiomų inkapsuliavimu į tam tikrą nanostruktūrą ir pritaikydami juos namuose ar biuruose. Jūs tikitės, kad šie biomai atskleis žmonėms mikrobiomas, kurios padės jų imuninei sistemai sukurti atsparumą šioms neurologinėms problemoms. Ar galėtumėte mums apie tai papasakoti?

J.G .: Taip, šiuo metu dirbame su gyvūnų modeliais. Įsivaizduokite, kaip atkurti struktūras, su kuriomis šie gyvūnai gali sąveikauti. Įsivaizduokite, aš statau jums pastatą, kuris buvo biologiškai gyvas, o sienose tyčia knibždėte knibžda sveikos mikrobų bendruomenės.

Dabar mes turime tik labai ribotą supratimą, ką reiškia sveikas, bet iš esmės mes kuriame struktūras, 3D spausdinamas struktūras, įmirkytas tam tikromis maistinėmis medžiagomis. Mes dirbame su Ramille Shah iš Šiaurės vakarų universiteto, kad sukurtume 3D struktūrą, kuri leistų šiai bakterijų bendruomenei klestėti.

Tada šias struktūras galime įvesti į pelės narvą. Bakterijos, susijusios su 3D paviršiumi, kolonizuos tą pelę ir sumažins tam tikrus anomalijas, kurias matome toje pelėje, pavyzdžiui, alergijos reakciją. Taigi mes auginame bakterijas, kurios gali gaminti cheminę medžiagą, kuri, patekusi į pelės žarnas, sudarys koloniją ir sumažins tikimybę, kad pelė bus alergiška maistui.

Taip pat dirbu su Cathy Nagler Čikagos universitete. Tikimės įrodyti, kad neturime pripildyti vaikų probiotikų. Vietoj to galime tiesiog pertvarkyti namus, mokyklas ir galbūt vaikų darželius, kad vaikai gautų tinkamą mikrobų poveikį, kuris atspindėtų, kaip jie būtų užaugę, jei būtų natūralioje ekosistemoje. Tikimės, kad tai bus architektūros ateitis.

E.B.: Ir, žinote, kaip alternatyvą galime išleisti savo vaikus į lauką daugiau žaisti.

J.G .: Supratai.

E.B.: Neblogai.

Sekite visas „Expert Voices“ problemas ir diskusijas - ir dalyvaukite diskusijoje - „Facebook“, „Twitter“ ir „Google+“. Išsakomos nuomonės yra autoriaus ir nebūtinai atspindi leidėjo požiūrį. Ši straipsnio versija iš pradžių buvo paskelbta „Live Science“.


Vandens mikrobiologija

Vandens mikrobiologija yra susijusi su mikroorganizmai kuriuose gyvena vandens, arba galima gabenti iš vieno buveinė kitam vandeniu.

Vanduo gali palaikyti daugelio rūšių mikroorganizmų augimą. Tai gali būti naudinga. Pavyzdžiui, tam tikrų mielių padermių cheminė veikla aprūpina mus alumi ir duona. Taip pat kai kurių augimas bakterijų užterštame vandenyje gali padėti suvirškinti vandens nuodus.

Tačiau kitų buvimas liga sukelti mikrobus vandenyje yra nesveika ir netgi pavojinga gyvybei. Pavyzdžiui, bakterijos, gyvenančios žmonių ir kitų šiltakraujų gyvūnų žarnyne, pvz Escherichia coli, Salmonelės, Shigella, ir Vibrio, gali užteršti vandenį, jei į vandenį patenka išmatos. Užteršimas geriamojo vandens su tam tikros rūšies Escherichia coli žinomas kaip O157:H7, gali būti mirtinas. 2000 m. Vasarą Walkerton, Ontarijas, Kanada, miesto vandentiekio užteršimas O157 padermėmis: H7 susirgo 2000 žmonių ir žuvo septyni žmonės.

Šiltakraujų gyvūnų žarnyne taip pat yra virusų, galinčių užteršti vandenį ir sukelti ligas. Pavyzdžiui, rotavirusas, enterovirusas ir koksakio virusas.

Kita mikrobų grupė, kelianti susirūpinimą vandens mikrobiologijoje, yra pirmuonys. Didžiausią susirūpinimą kelia du pirmuonys Giardia ir Cryptosporidium. Jie paprastai gyvena gyvūnų, tokių kaip bebras ir, žarnyne elnias. Giardia ir Cryptosporidium savo gyvenimo ciklų metu sudaro neveikiančias ir atsparias formas, vadinamas cistomis. Cistos formos yra atsparios chloro, kuri yra populiariausia geriamojo vandens dezinfekcijos forma ir gali praeiti pro daugelyje naudojamus filtrus vandens valymas augalai. Patekę į geriamąjį vandenį, jie gali sukelti sekinantį ir ilgalaikį viduriavimą žmonėms ir gali kelti pavojų žmonių, kurių imuninė sistema susilpnėjusi, gyvybei. Cryptosporidium 1993 metais užterštas geriamasis vanduo Milvokyje, Viskonsine, susirgo daugiau nei 400 000 žmonių ir žuvo 47 žmonės.

Daugelis mikroorganizmų natūraliai randami šviežiose ir sūrus vanduo. Tai yra bakterijos, cianobakterijos, pirmuonys, dumbliai, ir maži gyvūnai, tokie kaip suktukai. Jie gali būti svarbūs maisto grandinėje, kuri sudaro gyvenimo vandenyje pagrindą. Pavyzdžiui, mikrobai, vadinami cianobakterijomis, gali paversti energijossaulė į energiją, kurios jai reikia gyventi. Daugybė šių organizmų savo ruožtu naudojami kaip maistas kitam gyvenimui. Vandenyje klestintys dumbliai taip pat yra svarbus maisto šaltinis kitoms gyvybės formoms.

Gėlame vandenyje gyvena įvairūs mikroorganizmai. Vandens telkinio regionas netoli kranto (pakrantės zona) yra gerai apšviestas, seklus ir šiltesnis nei kiti vandens regionai. Naudojant fotosintetinius dumblius ir bakterijas šviesos nes šioje zonoje klesti energija. Toliau nuo kranto yra limnitinė zona. Čia taip pat gyvena fotosintezės mikrobai. Kai vanduo gilėja, temperatūra tampa šaltesnė ir deguonies sumažėja šviesa ir koncentracija vandenyje. Dabar mikrobai, kuriems reikia deguonies, nevyksta. Vietoj to, violetinė ir žalia siera dominuoja bakterijos, galinčios augti be deguonies. Galiausiai gėlo vandens dugne (bentos zonoje) išgyvena nedaug mikrobų. Bakterijos, kurios gali išgyventi be deguonies ir saulės šviesos, pavyzdžiui, metaną gaminančios bakterijos, klesti.

Sūrus vanduo mikroorganizmams sukuria kitokią aplinką. Kuo aukščiau druskos koncentracija, didesnė pH, ir žemesnis maistinių medžiagų, susijęs su gėlo vandens, yra mirtini daugeliui mikroorganizmų. Tačiau netoli paviršiaus yra druską mylinčių (halofilinių) bakterijų, o kai kurių gėlame vandenyje gyvenančių bakterijų yra daug (t. Pseudomonas ir Vibrio). Be to, 2001 m. mokslininkai įrodė, kad senovės mikrobų gyvybės forma, žinoma kaip archebakterijos yra viena iš dominuojančių gyvenimo formų vandenynas. Archebakterijų vaidmuo vandenyno maisto grandinėje dar nėra žinomas, bet turi būti gyvybiškai svarbus.

Kitas sūriame vandenyje randamas mikroorganizmas yra dumblių tipas, žinomas kaip dinoflagellelatai. Dėl greito dinoflagellatų augimo ir dauginimosi vanduo gali tapti raudonas. Šis „raudonasis potvynis“ išeikvoja maistinių medžiagų ir deguonies vandenį, o tai gali sukelti daugybę žuvis mirti. Be to, žmonės gali susirgti valgydami užterštą žuvį.

Vanduo taip pat gali būti ideali priemonė pernešti mikroorganizmus iš vienos vietos į kitą. Pavyzdžiui, dabar žinoma, kad vanduo, gabenamas laivų korpusuose, siekiant stabilizuoti laivus jų kelionių vandenyne metu, yra priemonė mikroorganizmams gabenti visame pasaulyje. Vienas iš šių organizmų - bakterija, vadinama Vibrio cholerae, sukelia gyvybei pavojingą viduriavimą žmonėms.

Geriamasis vanduo paprastai yra apdorojamas siekiant sumažinti mikrobų užteršimo riziką. Geriamojo vandens valymo svarba buvo žinoma šimtmečius. Pavyzdžiui, ikikrikščionybės laikais geriamojo vandens laikymas ąsočiuose iš metalo buvo praktikuojama. Dabar žinomas kai kurių metalų antibakterinis poveikis. Panašiai jau seniai žinomas geriamojo vandens virimas, kaip vandens apsaugos priemonė.

Cheminės medžiagos, tokios kaip chloras ar chloro dariniai, buvo populiari priemonė naikinti tokias bakterijas kaip Escherichia coli vandenyje nuo XX amžiaus pirmųjų dešimtmečių. Kiti bakterijas naikinantys gydymo būdai, kurie tampa vis populiaresni, yra dujų, vadinamų, naudojimas ozono ir mikrobo genetinės medžiagos išjungimas naudojant ultravioletinę šviesą. Mikrobai taip pat gali būti fiziškai pašalinti iš vandens, praleidžiant vandenį per filtrą. Šiuolaikiniuose filtruose yra tokios mažos skylės, kad gali būti įstrigusios net tokios mažos dalelės kaip virusai.

Svarbus vandens, ypač geriamojo vandens, mikrobiologijos aspektas yra vandens tyrimas, siekiant užtikrinti, kad jį saugu gerti. Vandens kokybės tyrimus galima atlikti keliais būdais. Vienas populiarus testas matuoja vandens drumstumą. Drumstumas parodo suspenduotų medžiagų kiekį vandenyje. Paprastai, jei tokios medžiagos kaip dirvožemio yra vandenyje, tada bus ir mikroorganizmų. Net ir tokių mažų dalelių, kaip bakterijos ir virusai, buvimas gali sumažinti vandens skaidrumą. Drumstumas yra greitas būdas parodyti, ar vandens kokybė blogėja, taigi, ar reikia imtis veiksmų vandens problemai išspręsti.


Žodžiai, kuriuos reikia žinoti:

Rūgštingumas - rūgšties koncentracija medžiagoje
Dumbliai - organizmas, priklausantis grupei, kuri daugiausia gyvena vandenyje ir apima jūros dumblius. Dumbliai nuo augalų skiriasi tuo, kad neturi tikrų lapų, šaknų ar stiebų
Antibiotikai - natūraliai gaminama medžiaga, naikinanti bakterijas, bet neturinti poveikio virusams, naudojama kaip vaistas
Bakterijos -vienaląsčiai mikroorganizmai
Kolonijos - tos pačios rūšies organizmų grupės, kurios gyvena kartu ir priklauso viena nuo kitos
Ligos - žmonių, augalų ar gyvūnų sveikatos būklė, kuri nėra tiesioginė fizinio sužalojimo pasekmė
Aplinka - visi veiksniai, turintys įtakos žmonių, augalų ir gyvūnų gyvenimui ir veiklai
Grybai - grybelio daugiskaita. Vienaląstis arba daugialąstis organizmas, kuris dauginasi sporomis ir gyvena pasisavindamas maistines medžiagas iš organinių medžiagų.
Generuoti - kažką įgyvendinti ar įgyvendinti
Infekcijos - užkrečiamųjų mikroorganizmų perdavimas iš vieno asmens į kitą arba užkrečiamas mikroorganizmas
Infekcinis - liga, kurią gali perduoti vienas žmogus kitam
Neorganinis - sudarytas iš mineralų, o ne gyvų medžiagų
Mikroorganizmai - mažas organizmas, pvz., virusas, pirmuonis arba bakterija, kurį galima pamatyti tik pro mikroskopą
Mineralai - medžiaga, kuri natūraliai randama uolienose ir žemėje ir turi savo būdingą išvaizdą bei cheminę sudėtį
Parazitai - augalas ar gyvūnas, kuris gyvena kitame, paprastai didesniame, šeimininko organizme arba taip, kad kenkia šeimininkui arba nėra jam naudingas
Dalelė - labai mažas kažko gabalas
Pirmuonys - vienaląstis organizmas, galintis judėti
Sferinis - formos kaip sfera
Sporos - maža, paprastai vienaląstė struktūra, kurią gamina augalai be sėklų, dumbliai, grybai ir kai kurie pirmuonys, galintys išsivystyti į naują individą
Tvarus - kad kažkas ir toliau egzistuotų
Virusai - labai paprastas mikrobas, kuriam daugintis reikalingas šeimininkas


Grynosios mikroorganizmų kultūros gavimas: 6 metodai

Toliau pateikiami šeši pagrindiniai metodai, naudojami grynai mikroorganizmų kultūrai gauti. Metodai yra šie: 1. Streak Plate metodas 2. Supilimo plokštelės metodas 3. Paskleistos plokštelės metodas 4. Serijinio skiedimo metodas 5. Vienaląsčių izoliavimo metodai 6. Sodrinimo kultūros metodas.

1. Juostos plokštelės metodas:

Šis metodas dažniausiai naudojamas grynoms bakterijų kultūroms išskirti. Nedidelis mišrios kultūros kiekis dedamas ant inokuliacijos kilpos/adatos galo ir išbrėžiamas per agaro terpės paviršių (16.13 pav.). Iš eilės pasirodę dryžiai pakankamai suplonina inokuliatą, o mikroorganizmai yra atskirti vienas nuo kito.

Paprastai patartina išbraukti antrą plokštelę ta pačia kilpa/adata be pakartotinės inokuliacijos. Šios plokštelės inkubuojamos, kad galėtų augti kolonijos. Pagrindinis šio metodo principas yra tas, kad, naudojant juosteles, Petri plokštelės paviršiuje nustatomas praskiedimo gradientas, nes bakterijų ląstelės nusėda ant agaro paviršiaus.

Dėl šio praskiedimo gradiento susiliejęs augimas nevyksta toje terpės dalyje, kurioje nusėda nedaug bakterijų ląstelių. Manoma, kad kiekviena kolonija yra vienos mikrobinės ląstelės palikuonys, todėl tai yra grynos kultūros klonas. Tokios izoliuotos kolonijos paimamos atskirai, naudojant sterilią inokuliacinę kilpą/adatą, ir vėl suberiamos ant šviežios terpės, kad būtų užtikrintas grynumas.

2. Supilimo plokštelės metodas:

Šis metodas apima praskiestų mėginių, sumaišytų su išlydyta agaro terpe, padengimą (16.14 pav.). Pagrindinis principas yra praskiesti inokuliatą nuosekliuose mėgintuvėliuose, kuriuose yra suskystintos agaro terpės, kad terpėje būtų galima visapusiškai pasiskirstyti bakterijų ląstelės.

Čia mišri bakterijų kultūra skiedžiama tiesiai mėgintuvėliuose, kuriuose yra ištirpinta agaro terpė, palaikoma skystos būklės 42–45 ° C temperatūroje (agaras sustingsta žemiau 42 ° C). Bakterijos ir ištirpinta terpė gerai sumaišomos.

Kiekvieno mėgintuvėlio turinys supilamas į atskiras Petri lėkštes, leidžiama sustingti ir tada inkubuojamas. Kai vystosi bakterijų kolonijos, pastebima, kad izoliuotos kolonijos susidaro tiek agaro terpėje (požeminės kolonijos), tiek terpėje (paviršinės kolonijos). Tuomet šios izoliuotos kolonijos paimamos inokuliacijos kilpa ir supilamos į kitą Petri plokštelę, kad būtų užtikrintas grynumas.

Išpilstymo plokštės metodas turi tam tikrų trūkumų:

i) norint paimti požemines kolonijas, jas reikia iškasti iš agaro terpės, taip trukdant kitoms kolonijoms, ir

(ii) Išskiriami mikrobai turi atlaikyti laikiną skystos agaro terpės 42-45° temperatūros poveikį, todėl ši technika yra netinkama išskirti psichofilinius mikroorganizmus.

Tačiau išpylimo plokštelės metodas, be jo naudojimo grynųjų kultūrų išskyrimui, taip pat naudojamas nustatant kultūroje esančių gyvybingų bakterijų ląstelių skaičių.

3. Sklaidos plokštės metodas:

Taikant šį metodą (16.15 pav.), Mišri kultūra ar mikroorganizmai nėra praskiedžiami ištirpusioje agaro terpėje (skirtingai nei išpilstymo plokštelės metodas), o yra praskiedžiama serijomis mėgintuvėlių, kuriuose yra sterilaus skysčio, paprastai vandens arba fiziologinio tirpalo.

Lašelis taip praskiesto skysčio iš kiekvieno mėgintuvėlio dedamas ant agaro plokštelės vidurio ir tolygiai paskirstomas ant paviršiaus naudojant sterilizuotą išlenktą stiklo strypą. Dabar terpė inkubuojama.

Kai kolonijos vystosi agaro terpės plokštelėse, nustatoma, kad yra keletas plokštelių, kuriose auga gerai izoliuotos kolonijos. Tai atsitinka dėl atskirų mikroorganizmų atskyrimo, paskirstant ant praskiesto skysčio lašo ant plokštelės terpės.

Išskirtos kolonijos paimamos ir perkeliamos į šviežią terpę, kad būtų užtikrintas grynumas. Priešingai nei išpilstymo plokštelės metodas, šiuo metodu vystosi tik paviršinės kolonijos, o mikroorganizmai neprivalo atlaikyti ištirpusios agaro terpės temperatūros.

4. Serijinio skiedimo metodas:

Kaip minėta anksčiau, šis metodas dažniausiai naudojamas grynoms tų mikroorganizmų kultūroms gauti, kurios dar nebuvo sėkmingai auginamos ant kietos terpės ir auga tik skystose terpėse.

Mišrioje kultūroje vyraujantis mikroorganizmas gali būti išskirtas gryna forma praskiedus. Inokuliatas nuosekliai skiedžiamas sterilioje skystoje terpėje, o daugybė sterilios skystos terpės mėgintuvėlių inokuliuojami kiekvieno kito skiedimo alikvotinėmis dalimis.

Šio praskiedimo tikslas yra įskiepyti keletą mėgintuvėlių su mikrobų suspensija, kad kai kuriuose mėgintuvėliuose būtų matyti tik vienas mikrobas. Patogumui tarkime, kad turime kultūrą, kurioje yra 10 ml skystos terpės, kurioje yra 1000 mikroorganizmų (16.16 pav.), T.y., 100 mikroorganizmų/ml skystos terpės.

Jei išimtume 1 ml šios terpės ir sumaišytume su 9 ml šviežios sterilios skystos terpės, tada 10 ml gautume 100 mikroorganizmų arba 10 mikroorganizmų/ml. Jei į 1 ml šios suspensijos įpilame dar 9 ml. šviežios sterilios skystos terpės, kiekviename ml yra vienas mikroorganizmas.

Jei šis mėgintuvėlis rodo bet kokį mikrobų augimą, yra labai didelė tikimybė, kad šis augimas atsirado dėl vieno mikroorganizmo įterpimo į terpę ir yra gryna to mikroorganizmo kultūra.

5. Vienos ląstelės izoliavimo metodai:

Šiuo metodu atskiriama reikiamos rūšies ląstelė iš mišrios kultūros ir jai leidžiama augti.

Naudojami šie du metodai:

i. Kapiliarinės pipetės metodas:

Sterilia pipete, pritraukta prie kapiliaro, ant sterilaus stiklinio dengiamojo stiklelio užlašinami keli maži lašai tinkamai praskiestos auginimo terpės. Tada kiekvienas lašas tiriamas po mikroskopu, kol randamas toks lašas, kuriame yra tik vienas mikroorganizmas. Šis lašas steriliu kapiliarų pipete pašalinamas į šviežią terpę. Laše esantis atskiras mikroorganizmas pradeda daugintis, kad gautų gryną kultūrą (16.17 pav.).

ii. Mikromanipuliatoriaus metodas:

Sukurti mikromanipuliatoriai, leidžiantys iš mišrios kultūros išskirti vieną ląstelę. Šis instrumentas naudojamas kartu su mikroskopu atskirti vieną ląstelę (ypač bakterinę ląstelę) iš kabančio lašo preparato. Mikromanipuliatorius turi mikrometro reguliavimą, kurio pagalba jo mikropipetę galima perkelti į dešinę ir į kairę, į priekį ir atgal, aukštyn ir žemyn.

Serija pakabintų lašų praskiestos kultūros dedama ant specialios sterilios dangtelio mikropipete. Dabar ieškoma kabančio lašo, kuriame yra tik viena mikroorganizmo ląstelė.

Ši ląstelė švelniai siurbiant įtraukiama į mikropipetę ir perkeliama į didelį sterilios terpės lašą ant kito sterilaus dengiamojo stiklelio. Kai dėl dauginimosi tame laše padidėja ląstelių skaičius, lašas perkeliamas į auginimo mėgintuvėlį su tinkama terpe. Taip gaunama gryna reikiamo mikroorganizmo kultūra.

Šio metodo pranašumai yra tai, kad galima būti visiškai tikriems, kad kultūros yra iš vienos ląstelės ir galima gauti padermių, turinčių rūšių. Trūkumai yra tai, kad įranga yra brangi, jos manipuliavimas yra labai varginantis ir reikalauja kvalifikuoto operatoriaus. Štai kodėl šis metodas yra skirtas naudoti labai specializuotuose tyrimuose.

6. Sodrinimo kultūros metodas:

Paprastai jis naudojamas tiems mikroorganizmams, kurių yra palyginti nedaug arba kurių augimo greitis yra lėtas, palyginti su kitomis mišrioje kultūroje esančiomis rūšimis, išskirti.

Sodrinimo kultūros strategija suteikia specialiai sukurtą kultūrinę aplinką, įtraukiant į terpę specifinę maistinę medžiagą ir keičiant fizines inkubacijos sąlygas. Žinomos sudėties terpė ir specifinė inkubacijos sąlyga skatina norimų mikroorganizmų augimą, tačiau yra netinkama kitų tipų mikroorganizmams augti.


Pirmiausia buvo mikrobai. Tada gyvenimas Žemėje tapo didelis.

Kaip gyvybė iš mažyčių organizmų virto dideliais, sudėtingais padarais? Mokslininkai mato fosilijų užuominas dar prieš 570 milijonų metų.

Kairėje: NUO 508 MILIJONŲ METŲ PRIEŠ ŠIANDIEN

Pietryčiuose Niufaundlendo pakrantėje, netoli Šiaurės Amerikos toliausiai į rytus, yra uolėtų uolų iškyšulys, vadinamas Mistaken Point. Vieta gavo savo pavadinimą dėl laivo avarijų, kurias padėjo sukelti rūko metu, kai jūrų kapitonai kažkur kitur suklydo. Šiandien tai yra kažkas visiškai kitokio: ypatingų užuominų rinkinys, neseniai iš naujo interpretuotas vienai giliausių ir mįslingiausių gyvybės paslapčių Žemėje. Kodėl daugiau nei tris milijardus metų gyvavę kaip maži, dažniausiai vienaląsčiai daiktai, kodėl gyvenimas staiga išsiveržė į gausybę sudėtingų būtybių-daugialąsčių, didelių ir stulbinančių? Nors šios naujos gyvybės formos išplito visame pasaulyje, pradedant mažiausiai prieš 570 milijonų metų, ankstyviausi jų įrodymai buvo rasti vienoje vietoje: „Mistaken Point“. Paleontologai ten lankosi dešimtmečius. Tačiau tai, ką ekspertai mano matantys dabar, mažais niuansais, turinčiais didelę reikšmę, yra radikalu ir nauja.

Vėsią rudens dieną aš pats keliavau į „Mistaken Point“, išnuomotu „Jeep“ važiavęs į pietus nuo Sent Džono, Niufaundlendo sostinės, palei juodą greitkelio juostą per eglių ir eglių miškus. Su manimi buvo Marcas Laflamme'as iš Toronto universiteto Misisauga ir jo ilgametis kolega Simonas Darrochas, anglas, gyvenantis Vanderbilto universitete Nešvilyje.

Pasiekėme Mistaken Point po mėlynu dangumi ir liepsnojančia saule - retas oras, pasakojo Laflamme, tačiau stipri kampuota šviesa, ypač vėlyvą popietę, padėjo išryškinti subtilias iškasenas, kurias atėjome pamatyti.

Klaidingo taško ekologiniame draustinyje, kurį provincijos valdžia įsteigė, siekdama apsaugoti iškasenų klodus, žvyrkeliu nuvažiavome į sulaužytą jūros krantą ir lipome žemyn. Laflamme nurodė vieną sklandžiai purpuriškai pilkos uolienos plokštę, pakreiptą maždaug 30 laipsnių kampu. Vaizdas akmenyje, kaip įmantrus šešėlis, pasiūlė gyvatės skeletą, besikartojantį šonkaulių ir stuburo raštą, maždaug trijų pėdų ilgio. Bet čia nebuvo skeleto, iš tikrųjų jokio kaulo-tik minkšto kūno padaras, miręs ir labai labai seniai palaidotas jūros dugne. Neplaukė, o ne šliaužė. Jis negalėjo gyventi kaip bet kuris šiandien gyvas organizmas. Tai priklausė neaiškesniam laikotarpiui, kuriame gyveno paslaptingos, anapusinės būtybės, kurių dauguma žmonių nesuvokia, kad kada nors egzistavo. „Tai pirmas kartas, kai gyvenimas tapo didelis“, – pasakė Laflamme, kai atsiklaupėme ant uolos.

Nuo tokios paprastos pradžios

Šių gyvybės formų paslaptis, žinomas kaip Ediacarans (Ee-dee-AK-arans), prasideda nuošaliuose Pietų Australijos Flinderso diapazonuose, kur jaunas geologas Reginaldas Spriggas, paskirtas iš naujo įvertinti apleistą Ediacara Mines 1946 m., pastebėjo keistų įspūdžių atviroje smiltainėje lovos. Jam atrodė, kad jie „rodo medūzas“. Jie nebuvo medūzos. Buvo ir kitų formų, kai kurios iš jų aiškiai nepanašios į jokią žinomą gyvą ar išnykusią būtybę. Viena figūra atrodė kaip piršto atspaudas, įspaustas į smėlį.

Spriggas nesuprato (taip pat ir tie, kurie anksčiau rado panašių figūrų akmenyje, nežinojo, ką su jais daryti), kad fosilijos buvo maždaug 550 milijonų metų - mažiausiai 10 milijonų metų prieš žinomesnę evoliucinę dramą. garsus kambro sprogimas. Iki tol mokslininkai manė, kad Kambro sprogimas buvo į taškas, kai gyvybė Žemėje atsivėrė, kaboom, kaip žvaigždžių sprogimas nuostabių žvėrių – įmantrių ir didelių būtybių (vadiname jas gyvūnais), kurių daugelis palikuonių vis dar yra šalia. Spriggo atradimas pasirodė esąs svarbus signalas, kad laikotarpis, dabar vadinamas Ediakaranu, o ne tik jį sekančiu kambriumi, prasidėjo didybės ir sudėtingumo saga.

Tada 1967 m. Abiturientas, vardu S. B. Misra, Niufaundlendo „Mistaken Point“ vietoje pastebėjo daug iškastinių purvo akmenų. Atrodė, kad kai kurios jo senovės formos atitinka Pietų Australijos „medūzų“ daiktus, kitos atrodė kaip gvazdikėliai, tačiau kelios nepanašios į niekam mokslui žinomą. Kitose netoliese esančiose lovose, sėdinčiose viena šalia kitos, kaip prieškambrinio pyrago sluoksniuose, taip pat pasirodė gausu ir įvairių fosilijų, išsaugotų kartu kaip ištisos bendruomenės. Daugelis vis dar buvo padengti plonomis kritusių vulkaninių pelenų plutelėmis, tarsi glajumi tarp kiekvieno pyrago sluoksnio. Pelenai, turintys radioaktyvaus urano pėdsakų ir švino, į kurį jis suyra, leido tiksliai nustatyti lysvių radiometrinę datą. „Klaidingo taško“ fosilijos, kurių istorija siekia 570 milijonų metų, yra ankstyviausi Žemėje įrodymai apie dideles, biologiškai sudėtingas būtybes.

Šiuo metu yra žinoma daugiau nei 50 skirtingų Ediacaran formų iš beveik 40 vietovių visuose žemynuose, išskyrus Antarktidą. Taigi, kas buvo po milijardų metų, kai pasaulyje gyveno tik mikrobai, kurie leido „Ediacarans“ išaugti ir uždengti Žemę? O ką jų dydis rodo apie jų vidinę anatomiją, maitinimosi būdus, gyvenimo būdus?

Prieš Ediacaran formų suklestėjimą planetoje, evoliucija veikė daugiausia mikroskopiniu mastu, kurį kontroliavo deguonies trūkumas - elementas, skatinantis gyvūnų metabolizmą. Dėl jūrų bakterijų, kurios gamino deguonį kaip fotosintezės produktą, dujų lygis pakilo maždaug prieš du milijardus metų, tačiau išliko palyginti žemas dar milijardą metų. Tada, prieš 717–635 milijonus metų, įvyko daugybė apledėjimų, kurie buvo tokie plačiai paplitę ir stiprūs, kad galėjo užšalti visoje planetoje. Kai kurie mokslininkai šią situaciją vadina „sniego gniūžte“. Per tą laiką deguonies lygis vėl pakilo dėl vis dar menkai suprantamų priežasčių.

Didysis užšalimas baigėsi, kai ugnikalnių išsiveržimai į atmosferą išmetė anglies dioksidą, sukurdami ankstyvą šiltnamio efektą, kuris sušildė planetą ir atšildė vandenynus. Kitas trumpas apledėjimas maždaug prieš 580 milijonų metų, žinomas kaip Gaskiers, galbūt nebuvo pasaulinis, tačiau Niufaundlandas, be kitų vietų, buvo giliai užšalęs. Visi šie pokyčiai įvyko prieš ankstyviausius „Ediacarans“ pasirodymus iškastiniuose įrašuose. Ar jie buvo priežastys kas atsitiko toliau? Ar ledynų pabaiga, padidėjęs deguonies kiekis ir sudėtingesnių ląstelių evoliucija leido Ediacarans žydėti, kaip pirmieji pavasario krokai? Gal būt.

Lygiai taip pat mįslingas yra jų santykis su gyvenimu šiandien. Vienas garsus vokiečių paleontologas Adolfas Seilacheris paskyrė juos visai karalystei, kuri skiriasi nuo gyvūnų karalystės, nes jis pavadino jų „unikalų, dygsniuotą biologinės konstrukcijos tipą“, taip skirtingą nuo daugelio daugialąsčių gyvūnų. Atrodė, kad „dygsniuotas“ efektas suteikia struktūrinį stabilumą, kuris galėjo kompensuoti skeleto nebuvimą. Galbūt dygsniuotojai ir gniužulinės formos taip pat padėjo padidinti paviršiaus plotą, kad jie galėtų geriau įsisavinti maistines medžiagas per odą.

Mityba būtų buvusi problemiška Ediakaranams, nes, kiek rodo iškastiniai įrodymai, beveik nė vienas iš jų neturėjo burnos. Jie neturėjo žarnyno, išangės. Nei galvos, nei akių, nei uodegos. Kai kuriais atvejais viename gale buvo tam tikra tvirtinimo rankenėlė arba diskas, dabar žinomas kaip laikiklis, kuris sugriebė jūros dugną ir leido gniužuliui pakilti vandenyje. Tuo metu daugelis jūros dugno sričių buvo padengtos storomis mikrobų kilimėlėmis, kurios padėjo stabilizuoti nuosėdas kaip trapios dirvos sluoksnis. Tačiau gniūžtė nebuvo augalas – fotosintezė negalėjo jo maitinti – nes daugelis ediakarų gyveno gelmėse, tūkstančius pėdų po vandeniu, kur šviesa neprasiskverbė.

Jei jie negalėjo valgyti ir negalėjo fotosintezuoti, kaip jie maitino save? Viena forma, šliužas panašus daiktas, vadinamas Kimberella, galėjo subraižyti ir nuryti (šis tikrai turėjo burną, didelis privalumas!) Maitinimas iš po juo esančių mikrobų kilimėlių. Tačiau pagrindinė daugumos Ediacarans hipotezė yra osmotrofija, išgalvotas žodis labai paprastam procesui: ištirpusių maistinių medžiagų įsisavinimas osmoso būdu arba absorbcija per išorinę membraną. Galbūt tai buvo pakankamai gera paprastesniame pasaulyje ir paprastesniu metu, bet tai būtų buvę menka pragyvenimui. Kai kurie mokslininkai sutelkė dėmesį į kitą patrauklų daugelio ediakariečių aspektą: jų dailesnę architektūrą. Iš pirmo žvilgsnio jie atrodo dygsniuoti, tačiau atidžiai apžiūrėjus paaiškėja, kad jų struktūra yra fraktalinė. Tai yra, panašūs modeliai kartojasi palaipsniui mažesnėse skalėse. Didelį lapą sudarė mažesni lapai, o tuos mažesnius lapus sudarė dar mažesni lapai, visi panašūs, išskyrus dydį. Pagrindinė forma kartojasi trimis ar keturiomis skalėmis. Galbūt ši fraktalų struktūra padeda paaiškinti, kaip jie galėjo išaugti dideli. Tai suteikė tam tikro standumo, padidino paviršiaus plotą ir galbūt atspindėjo genetinę nuorodą. Paprasta genomo formulė galėjo būti nurodyta: sukurkite mažą, blizgantį vienetą, tada kartokite tą operaciją vėl ir vėl, pridėdami vienas prie kito, kad tapčiau didelis.

Tokią fraktalinę struktūrą matė gyvatės pavidalo padaras Marc Laflamme ir aš mačiau purpuriškai pilką uolą Mistaken Point. Tai taip pat rodoma daugelyje kitų ediakarų, bendrai vadinamų diapazonomorfais, pavadintų pagal Namibijos formos pavyzdį, žinomą kaip Rangea. Per mūsų dieną ant Niufaundlendo uolų Laflamme nukreipė mano akis į daug daugiau nuotykių, nepastebimų nuo 10 pėdų atstumo, bet bauginančiai žiūrint. Čia buvo Beothukis klysta, irklo formos gniūžtė, pavadinta dėl savo atradimo vietos. Ten buvo Fraktofusas, verpstės formos forma, susiaurėjusi abiejuose galuose. Jis gyveno lygiai jūros dugne. Kai mirtis užklupo Ediakaranų bendruomenę, pavyzdžiui, kai vulkaninių pelenų pūga nusėdo per jūros vandenį, kad juos užgniaužtų, arba nuosėdų lavina nusileido stačiu šlaitu, kad juos palaidotų, vertikalūs, smulkūs daiktai kartais buvo sudaužyti (kaip iškastiniai įrodymai) rodo), bet Fraktofusas verpstės švelniai mirė ten, kur gulėjo.

Nors šie diapazono morfai milijonus metų dominavo giliavandenėje ekosistemoje Mistaken Point ir klestėjo kitur, kiek seklesniame vandenyje, jie visi dingo, nepalikdami žinomų palikuonių. Kambrijos laikotarpio pradžioje prieš 541 milijoną metų arba netrukus po to jie beveik visiškai išnyko iš tokių fosilijų, kokius mes žinome. Štai kodėl kai kurie mokslininkai pasiūlė, kad ediakaranai būtų „nesėkmingi eksperimentai“ ankstyvoje daugialąsčio gyvenimo evoliucijoje.

Kodėl ediakariečiai staiga dingsta? Ar išnykimas buvo absoliutus, ar buvo įvairių formų palikuonių? Ir jei pabaiga nebuvo tokia staigi ir visiška, kas baigė ediakarus kaip ediakarus, mirštančius po rūšis nežinioje?

Laflamme kolega Simonas Darrochas pasiūlė vieną galimą atsakymą. Po pietų, kai lankėmės Mistaken Point, Darrochas pasiėmė savo dienos kuprinę ir padarė staigmeną: mažus plokščio rudo akmens gabalėlius iš vėlyvųjų Ediacaran lovų, kurias jis studijuoja Namibijoje. Jis atnešė juos iš savo laboratorijos Vanderbilte, kad parodytų man keletą fosilijų pėdsakų. Fosilijos pėdsakai, skirtingai nuo kūno fosilijų, užfiksuoja gyvūnų veiklos - judėjimo, kramtymo, tuštinimosi - pėdsakus, išsaugotus uolienose. Tai elgesio, o ne kūno formos įrašas. Visi tokie pėdsakai pastebimi Ediacaran laikotarpiu, nes dauguma ediakariečių negalėjo to daryti: judėti, kramtyti ar tuštintis.

„Tai labai statiška, sėdima ekosistema“, - sakė Darrochas, turėdamas omenyje garsiai turtingą ankstyvąją Ediakarano iškastinį sluoksnį, ant kurio stovėjome.

Vėlesnis „Ediacaran“, kaip atskleista Namibijos uolienose, buvo daug kitoks. Vienas didelis skirtumas, pasak jo, buvo tas, kad „pirmą kartą turime sudėtingą įkasimą“. Ekspertai nesutaria dėl to, kada pirmą kartą pasirodė sudėtingi besikasančių būtybių modeliai, tačiau, remiantis bet kokiu sprendimu, šie pėdsakai rodė didelį pokytį nuo Ediacarano iki Kambro. Sukirmiję padarai jau seniai voliojosi jūros dugnu, dabar jie taip pat tuneliu žemyn į jį. Darrochas man parodė mažą plokštelę, pažymėtą punktyrinėmis linijomis. „Jie yra paviršiuje ir išnyksta, tada vėl iškyla į paviršių“. Tai buvo organizmo, turinčio sudėtingus raumenis, įrodymas, leidžiantis jam judėti trimis dimensijomis. Jei jis taip judėjo, jis turėjo priekinę ir galinę dalis. Priekinėje pusėje, greičiausiai, burna. Burnoje, gal dantys. Tuo metu tai buvo nepaprastos naujos priemonės ir pajėgumai. Kirminai šliaužė, kirminai išlindo, sutrikdydami mikrobų kilimėlius, galbūt kramsnodami tiesiai ant Ediacarans. Neseniai paskelbtame dokumente Darrochas ir jo bendraautoriai (vadovaujami Jameso Schiffbauerio, įskaitant Laflamme) šį ankstyvą kambro laiką pavadino „kirminų pasauliu“. Ediakaranams tai nebuvo vieta.

Kirmingumas nebuvo vienintelis veiksnys, privertęs Ediacarans užmarštį ir paskatinęs Kambrijos sprogimą – taip pat įvyko vandenyno chemijos pokyčių, dėl kurių gyvūnai įgijo kietas dalis (kalcio turtingus skeletus, dantis ir kriaukles), bendras režimų padidėjimas. judumo (ne tik urvėjimo) ir plėšrūnų įpročių atsiradimo, be kita ko. Tačiau to pereinamojo laikotarpio kirmėliškumas vėlyvuoju Ediacaran laikotarpiu galėjo suvaidinti lemiamą vaidmenį. Praėjus kelioms savaitėms po mūsų išvykos ​​į „Klystamą tašką“, aš kalbėjausi su Jamesu Gehlingu, pirmaujančiu Ediacaran tyrinėtoju. Eikite į Flinderso kalnagūbrį Pietų Australijoje, netoli Ediacara Hills, jis man telefonu pasakė iš savo biuro Adelaidėje ir pažiūrėkite į pirmąjį Kambrijos nuosėdų sluoksnių susidarymą. „Tai tik šveicariškas sūris“. Jį apniko kirminos būtybės, sukrėtusios smėlį ir „perdirbusios“ minkšto kūno Ediakaranus. „Čia prasideda kambras“, - sakė Gehlingas. „Raumenų atsiradimas kapstytis“.

Guy Narbonne'as iš Ontarijo karalienės universiteto iš esmės sutinka su kapstymosi svarba. Tačiau kartu su magistrantūra Calla Carbone jis žengė „Kirminų pasaulį“ dar vieną žingsnį į priekį. Remdamiesi kruopščia vėlyvojo Ediakarano ir ankstyvojo kambro fosilijų pėdsakų analize, Narbonne ir Carbone pastebėjo reikšmingą skirtumą tarp tų kirminų padarų. Ankstyvajame Kambro periode besikasantys gyvūnai tapo sistemingesni maisto paieškose, taip pat raumeningesni. Jie veikė efektyviau, geriau sekė išteklius ir mažiau kirto savo takus. "Tai atspindi protingumo evoliuciją", - sakė Narbonne. „Mūsų aiškinimas, - pridūrė jis, - kad Kambro sprogimas yra tada, kai elgesys buvo užkoduotas genome. Jie pavadino tą dokumentą „Kai gyvenimas tapo protingas“.

Dauguma ekspertų sutiktų, kad sumanumas, net ir tokiu lygiu, kurį išreiškia primityvus kirminas, nebuvo Ediacaran įrankių rinkinio raktas. Šių būtybių genomai galėjo būti užkoduoti fraktalų pasikartojimui - bent jau diapazonuose, kur tai sukėlė paprastą sudėtingumą, bet ne reagavimui į aplinkybes ar efektyvumą. Vis dėlto klaidinga atmesti „Ediacarans“ kaip pasmerktą. Žmonės padarė tą klaidą su „Dodo“, kai ją pavadino nelemto kvailumo emblema. Bet tikrasis dodo, Raphus cucullatus, didelis, neskraidantis, vaisius ėdantis paukštis, endeminis Mauricijaus saloje, klestėjo savo ramiuose namuose daugelį tūkstančių metų – iki tol, kol Homo sapiens ir atvyko kiti plėšrūnai. Lygiai taip pat ir Ediakaranai su savo naujomis grėsmėmis. Jei norite, galite juos pavadinti „nepavykusiais evoliucijos eksperimentais“, tačiau jiems pavyko ir klestėti pageidaujamoje, bet sudėtingoje aplinkoje daugiau nei 30 milijonų metų. Mes, žmonės, turėtume būti tokie tvirti ir laimingi.


Aerobinis skilimas

Kai organinės medžiagos skyla dalyvaujant deguoniui, procesas vadinamas “aerobiniu.” Aerobinis procesas yra labiausiai paplitęs gamtoje. Pavyzdžiui, tai vyksta ant žemės paviršiaus, pavyzdžiui, miško paklotės, kur medžių ir gyvūnų išmatos paverčiamos gana stabiliu humusu. Kai yra pakankamai deguonies, nėra jokio blogo kvapo.

Aerobinio skilimo metu gyvi organizmai, naudojantys deguonį, minta organinėmis medžiagomis. Jie naudoja azotą, fosforą, dalį anglies ir kitas reikalingas maistines medžiagas. Didžioji anglies dalis yra organizmų energijos šaltinis, sudeginama ir kvėpuojama kaip anglies dioksidas (C02). Kadangi anglis tarnauja ir kaip energijos šaltinis, ir kaip elementas ląstelių protoplazmoje, anglies reikia daug daugiau nei azoto. Paprastai maždaug du trečdaliai anglies yra įkvepiama kaip C02, o kitas trečdalis yra sujungtas su azotu gyvose ląstelėse. Tačiau jei skaidomose organinėse medžiagose anglies perteklius viršija azotą (C: N santykis) yra per didelis, biologinis aktyvumas mažėja. Norint sudeginti didžiąją anglies dalį, reikia kelių organizmų ciklų.

Kai vieni organizmai miršta, jų sukauptas azotas ir anglis tampa prieinami kitiems organizmams. Kadangi kiti organizmai naudoja azotą iš negyvų ląstelių, kad sudarytų naują ląstelių medžiagą, anglies perteklius vėl virsta CO2. Taigi sumažėja anglies kiekis ir ribotas azoto kiekis yra perdirbamas. Galiausiai, kai turimos anglies ir turimo azoto santykis yra pakankamas, azotas išsiskiria kaip amoniakas. Esant palankioms sąlygoms, šiek tiek amoniako gali oksiduotis iki nitrato. Fosforas, kalis ir įvairios mikroelementai taip pat yra būtini biologiniam augimui. Paprastai jų yra daugiau nei pakankamai kompostuojamose medžiagose ir nesukelia problemų.

Kompostuojant daug energijos išsiskiria šilumos pavidalu, oksiduojant anglį iki C02. Pavyzdžiui, jei aerobinėmis sąlygomis gramo gliukozės molekulė išsiskiria, gali išsiskirti nuo 484 iki 674 kilogramų kalorijų (kcal) šilumos. Jei organinė medžiaga yra krūvoje arba yra kitaip sutvarkyta, kad užtikrintų tam tikrą izoliaciją, skilimo metu medžiagos temperatūra pakils iki daugiau nei 170 ° F. Tačiau, jei temperatūra viršija 162–172 ° F, bakterijų aktyvumas sumažėja ir stabilizavimas sulėtėja.

Iš pradžių mezofiliniai organizmai, gyvenantys nuo 50 °F iki 115 °F temperatūroje, kolonizuojasi medžiagose. Kai temperatūra viršija apie 120 ° F, termofiliniai organizmai, kurie auga ir klesti nuo 115 ° F iki 160 ° F temperatūros diapazone, vystosi ir pakeičia skilimo medžiagoje esančias mezofilines bakterijas. Tik kelios termofilų grupės vykdo bet kokią veiklą virš 160 ° F.

Oksidacija termofilinėje temperatūroje vyksta greičiau nei mezofilinėje temperatūroje, todėl skaidymui (stabilizavimui) reikia trumpesnio laiko.Aukšta temperatūra sunaikins patogenines bakterijas, pirmuonius (mikroskopinius vienaląsčius gyvūnus) ir piktžolių sėklas, kurios, panaudojus galutinį kompostą, kenkia sveikatai ar žemės ūkiui.

Aerobinė organinių medžiagų oksidacija nesukelia nemalonaus kvapo. Jei jaučiami kvapai, procesas nėra visiškai aerobinis arba yra tam tikrų specialių sąlygų ar medžiagų, kurios sukuria kvapą. Aerobinį skaidymą arba kompostavimą galima atlikti duobėse, dėžėse, rietuvėse ar krūvose, jei yra pakankamai deguonies. Norint išlaikyti aerobines sąlygas, naudinga periodiškai paversti medžiagą arba naudoti kitus deguonies pridėjimo būdus.

Komposto krūvos aerobinėmis sąlygomis pasiekia 140°F–160°F temperatūrą per vieną ar penkias dienas, priklausomai nuo medžiagos ir kompostavimo operacijos būklės. Šią temperatūrą taip pat galima palaikyti keletą dienų prieš tolesnį aeravimą. Šiai temperatūrai gaminti ir palaikyti reikalinga šiluma turi būti gaunama dėl aerobinio skilimo, kuriam reikalingas deguonis. Po tam tikro laiko medžiaga tampa anaerobinė, nebent ji yra vėdinama.

Šiame vadove terminas “aerobinis kompostavimas ” bus vartojamas visuotinai priimta to proceso prasme. Tam reikia daug deguonies ir jis nesukelia jokių būdingų anaerobinio puvimo bruožų. Šiuolaikine prasme aerobinį kompostavimą galima apibrėžti kaip procesą, kurio metu, esant tinkamoms aplinkos sąlygoms, aerobiniai organizmai, daugiausia termofiliniai, sunaudoja daug deguonies skaidydami organines medžiagas iki gana stabilaus humuso.


Kaip mikrobai plinta iš mažos vietos į labai didelę? - Biologija

Eksperimentas, skirtas Lux Operon turinčių plazmidžių įtraukimui į E. coli bakteriją skatinant transformaciją.

Genetinė transformacija yra „procesas, kurio metu genetinė medžiaga, kurią perneša atskira ląstelė, pakeičiama į jos genomą įtraukiant svetimą (egzogeninę) DNR“.MedicineNet, 1999). Yra daug būdų, kaip galima pakeisti bakterijų DNR, įskaitant transdukciją ir konjugaciją, tačiau mes naudosime transformacijos procesą, kad pakeistume E. coli genomą. Plazmidė yra „mažas apskritas DNR gabalas bakterijose, panašus į bakterijų apskrito chromosomą, tačiau jo nereikia. Kai kuriose bakterijų padermėse yra daug plazmidžių, o kai kuriose nėra. Plazmidės dažnai naudojamos genų inžinerijoje kaip klonavimo vektoriai“ (Bowden, 2008). Operonas yra promotoriaus, operatoriaus ir genų derinys. Operatorius sėdi tarp promotoriaus ir genų kaip neigiamo reguliavimo forma. Allosteriniai inhibitoriai gali prisijungti prie operatoriaus ir taip blokuoti to geno transkripciją. Šio tipo operonai randami tik bakterijose. „Lux“ operonas, kurį mes naudosime ir kuris yra iš įvedamos plazmidės, vadinamos pVIB, turi geną, koduojantį luciferazę, kuri turi savybę įgalinti bioliuminescenciją. „Lux operonas koduoja genus savireguliacijai ir liuminescenciniams baltymams gaminti“ (Liuksas, 2008).

Eksperimento koncepcija yra ta, kad mes galime priversti nepriklausomas plazmides praeiti pro E. coli bakterijų membranas, kad jos būtų įtrauktos į jo genomo dalį, bet vis tiek kaip plazmidė. Plazmidės mums suteikiamos kaip nepriklausomi subjektai už bet kurios ląstelės ribų. Per daugybę procesų bandysime įtraukti plazmides į E. coli bakterijas. Plazmidėse, kurias naudosime, yra Lux operonas ir atsparumas antibiotikams ampicilinui. Genas, koduojantis atsparumą ampicilinui, vadinamas „amp r“. Eksperimento metu mes įdėsime dviejų tipų bakterijas su plazmidėmis ir be jų tik į LB agaro, LB agaro ir ampicilino tirpalus. Mes iškėlėme hipotezę, kad bakterijos, turinčios plazmidę (+plazmidę), išliks tiek LB agaro, tiek LB agaro/ampicilino tirpaluose, taip pat, kad bakterijos be plazmidės (-plazmidės) išliks tik teisingame LB agaro inde.

1. Ląstelių/molekulių lygiu apibūdinkite tikslius karščio šoko veiksmus. Tai yra, kaip mes galime priversti bakterijų ląstelę paimti plazmidę?

Ląstelių membrana yra dvisluoksnis fosfolipidas, kurio galvutėse yra neigiamai įkrautos fosfatų grupės. Nors svetimos DNR patekimo zonos yra pakankamai didelės, neigiamai įkrautos fosfatų grupės natūraliai atstumia neigiamai įkrautus DNR plazmidės fosfato stuburus, stabdo jos indukciją. Į mišinį įpilame kalcio chlorido molekules, kad teigiami kalcio jonai galėtų neutralizuoti neigiamus krūvius, taip leisdami indukuoti plazmides į ląstelę. Siekdami geriau neutralizuoti krūvius, ląsteles atvėsinome, taip dar labiau stabilizuodami membraną. Temperatūra ląstelėje tampa šalta. Tada tirpalą sukrečiame karščiu, sukurdami temperatūros disbalansą per membraną ir atitinkamai srovę į ląstelę, įnešdami plazmidę į ląstelę.

2. Jei kuri nors iš prognozių, susijusių su bakterijų augimu, atlikta prieš laboratoriją, skiriasi nuo jūsų pastebėtų rezultatų, aprašykite jas ir paaiškinkite, kodėl manote, kad gavote šiuos rezultatus

Prognozės, kurias pateikiau prieš laboratoriją, yra teisingos, tačiau kai kurios neatitinka to, ką pastebėjau. Tai reiškia, kad eksperimento metu kažkas galėjo negerai. Aš prognozavau, kad plazminė bakterija, įdėta į plokštelę, kurioje yra tik LB agaras, išliks, bet aiškiai nebus liuminescencinė, nes nėra pVIB ir atitinkamai Lux operono. Pastebėjau, kad toje plokštelėje neaugo jokių bakterijų. Bakterijos tikriausiai mirė, kol negalėjo tinkamai augti. Aš taip pat turėjau problemų su +plazmidinėmis bakterijomis, augančiomis LB agaro/ampicilino plokštelėje. Mes augome viena kolonija, todėl ji veikė, tačiau paprastai jie nesugebėjo augti. Viena kolonija, kuri tai padarė, iš tikrųjų buvo liuminescencinė. Nieko nenutiko su procedūra, nes ji veikė. Gali būti, kad aplinkos veiksniai, tokie kaip užterštumas, turėjo įtakos bakterijų augimui dviejose pažeistose plokštelėse.

3. Ką pasirenkate šiame eksperimente? (t. y. kas leidžia nustatyti, kurios bakterijos paėmė plazmidę?)

Mums pavyko nustatyti, kurios bakterijos paėmė plazmidę, nes tos, kurios to nepadarė, neturės nei atsparumo ampicilinui, nei bus bioliuminescencinės, nes Lux operonas yra pVIB plazmidės dalis. Plazmidė išliks tik be ampicilino. +Plazmidė išliks aplink ampiciliną ir jo nesant. Taigi bakterijos, kurios yra bioliuminescencinės ir kurių nežudo ampicilinas, yra tos, kurios įtraukė mūsų įvestą plazmidę.

4. Transformacijos efektyvumas išreiškiamas antibiotikams atsparių kolonijų skaičiumi vienam μg plazmidės DNR. Tikslas yra nustatyti plazminės masės, kuri buvo paskleista ant eksperimentinės plokštelės, ir todėl buvo atsakinga už transformantus) stebėtų kolonijų skaičių). Kadangi transformacija apsiriboja tik tomis kompetentingomis ląstelėmis, padidėjęs plazmidės kiekis nebūtinai padidina tikimybę, kad ląstelė bus transformuota. Kompetentingų ląstelių mėginys paprastai prisotinamas pridedant nedidelį kiekį plazmidės, o DNR perteklius iš tikrųjų gali trukdyti transformacijos procesui.

a. Nustatykite bendrą panaudotos plazmidės masę (μg). Atminkite, kad naudojote 10 μL plazmidės, kurios koncentracija 0,005 μg/μL.

10 μl plazmidės X 0,005 μg/ μL = 0,05 μg plazmidės

b. Apskaičiuokite bendrą paruoštos ląstelių suspensijos tūrį.

250 μL CaCl2 + 250 μL LB + 10 μL plazmidės DNR + apie 5 μL E. coli = apie 515 μL ląstelių suspensijos

c. Dabar apskaičiuokite visos ląstelės suspensijos dalį, kuri buvo paskleista ant plokštelės.

100 μL sklaida/515 μL iš viso = .1942

d. Nustatykite plazmidės masę ląstelių suspensijoje.

0,05 μg X.1942 plazmidė = 0,00971 μg plazmidė

e. Nustatykite kolonijų skaičių μg plazmidinės DNR. Išreikškite savo atsakymą moksliškai. Tai yra jūsų transformacijos efektyvumas.

1 kolonija / 0,00971 μg plazmidės = apie 103 kolonijos / μg plazmidės

Transformacijos efektyvumas: 1,0 X 10 2 kolonijų μg plazmidėje

5. Kokie veiksniai gali turėti įtakos transformacijos efektyvumui? Paaiškinkite kiekvieno jūsų paminėto veiksnio poveikį.

Jei pasikeičia bet koks tam tikro eksperimento elemento kiekis, pavyzdžiui, jei plazmidės koncentracija yra daugiau ar mažiau, rezultatai ir perdavimo efektyvumas. Kontaktas tarp plazmidės ir bakterijų turi įtakos perdavimo efektyvumui. Jei bakterijų nėra daug, bet yra daug plazmidės ir pridedama daugiau plazmidės, perdavimo efektyvumas sumažės, nes per didelis plazmidės kiekis su ribotu nedideliu bakterijų kiekiu nepadidina transformacijų galimų transformacijų skaičiumi. Taip pat yra subtilus šilumos smūgio balansas. Bakterijos mirs, jei temperatūra bus per aukšta, tačiau šilumos šoko terapijos idėja, kai šilumos gradientas sukelia srovę, neveiks, jei temperatūra bus per žema. Be to, šilumos smūgio poveikis taip pat yra veiksnys, nes per didelis poveikis gali neigiamai paveikti bakterijas ir plazmidę.

Pirminė hipotezė, kurią turėjau, buvo ta, kad plazmidinės bakterijos išgyvens tik be ampicilino, nes pVIB plazmidėje nėra atsparumo. Be to, aš maniau, kad +plazmidinės bakterijos išgyvens visose situacijose ir bus bioliuminescencinės, net jei yra antibiotikas ampicilinas. Mano rezultatai parodė, kad -plasmidė E. coli neaugo, esant arba neturint ampicilino. Jis turėtų augti, jei nėra ampicilino. Mano rezultatai taip pat parodė, kad + plazmidė E. coli augo ir esant ampicilinui, ir be jo. +Plazmidė E. coli nedaug išaugo. Išliko tik viena liuminescencinė kolonija. Aš neketinu peržiūrėti savo pirminės hipotezės, nes hipotezė seka tai, kas iš prigimties turėjo įvykti, jei eksperimentas būtų atliktas teisingai. Įtariu, kad eksperimento metu plokštės galėjo būti per ilgai veikiamos aplinkos ir būti užterštos.


Žiūrėti video įrašą: Patlu was attacked by tigers New episode 2018 by aplus cartoon (Sausis 2023).