معلومة

1.2.6: مراجعة - علم الأحياء


ملخص

بعد الانتهاء من هذا الفصل ، يجب أن تكون قادرًا على ...

  • صف الغرض من العلم.
  • يميز بين الملاحظات الموضوعية والذاتية.
  • يميز بين القياسات الكمية والملاحظات النوعية.
  • يميز بين الاستدلال الاستقرائي والاستنباطي وربطهما بالعلم الوصفي والقائم على الفرضيات.
  • حدد خطوات المنهج العلمي وشرح طبيعته الدورية.
  • يميز بين التجارب المتلاعبة والدراسات القائمة على الملاحظة.
  • تحديد أنواع المتغيرات والمجموعة الضابطة والمضاعفات في دراسة علمية.
  • ناقش أهمية مراجعة الأقران.
  • يميز بين العلوم الأساسية والتطبيقية ويقدم أمثلة على قيمة العلوم الأساسية.

العلم هو وسيلة لجمع المعلومات بشكل منهجي حول العالم الطبيعي. يعتمد العلم على هدف الملاحظات ، واتباع الطريقة العلمية تساعد العلماء على الحد انحياز، نزعة. على حد سواء الحث و المستقطع مهمة للطريقة العلمية. تؤدي الملاحظات إلى سؤال وفرضية ، مثال على التفكير الاستقرائي. تحضير تنبؤات قابلة للدحض بناء على الفرضية واختبارها من خلالها التجارب المتلاعبة أو الدراسات الرصدية يتطلب التفكير الاستنتاجي. وأخيرا، فإن النتائج يتم جمعها والعلماء نستنتج ما إذا كانت البيانات تدعم الفرضية. الطريقة العلمية هي عملية دورية ، حيث يمكن أن تؤدي الخطوات الأخيرة للعملية إلى خطوات سابقة.

ينشر العلماء نتائجهم في المجلات العلميةالتي تتطلب استعراض النظراء.

العلم التطبيقي يركز على حل المشكلات الحديثة ولكن العلوم الأساسية يركز ببساطة على توسيع المعرفة. ومع ذلك ، يمكن أن يكون لنتائج العلوم الأساسية تطبيقات مفيدة فيما بعد.


هل الإجهاد التأكسدي يقصر التيلوميرات في الجسم الحي؟ مراجعة

يتزايد استخدام طول التيلوميرات ، وهي الأغطية الواقية للكروموسومات ، كمؤشر حيوي للحالة الصحية الفردية لأنه ثبت أنه يتنبأ بفرص البقاء على قيد الحياة في مجموعة من الأنواع الماصة للحرارة بما في ذلك البشر. يُفترض أن الإجهاد التأكسدي هو سبب رئيسي لتقصير التيلومير ، ولكن معظم الأدلة حتى الآن تأتي من في المختبر الخلايا المستزرعة. أهمية الإجهاد التأكسدي كمحدد لتقصير التيلومير في الجسم الحي لا يزال أقل وضوحًا وقد تم استجوابه مؤخرًا. لذلك ، قمنا بمراجعة الدراسات المترابطة والتجريبية التي تبحث في الروابط بين الإجهاد التأكسدي وتقصير التيلومير في الجسم الحي. بينما توفر الدراسات المترابطة دعمًا ملتبسًا للعلاقة بين الإجهاد التأكسدي وتآكل التيلومير (10 من 18 دراسة) ، فإن معظم الدراسات التجريبية المنشورة حتى الآن (سبع من ثماني دراسات) تدعم هذه الفرضية جزئيًا أو كليًا. ومع ذلك ، يبدو أن هذا الارتباط يعتمد على الأنسجة في بعض الحالات ، أو يقتصر على فئات معينة من الأفراد (مثل المعتمدين على الجنس) في حالات أخرى. المزيد من الدراسات التجريبية ، خاصة تلك التي تقلل من حماية مضادات الأكسدة أو تزيد من توليد المؤكسدات ، مطلوبة لتعزيز فهمنا لأهمية الإجهاد التأكسدي في تحديد طول التيلومير في الجسم الحي. الدراسات التي تقارن بين الأفراد الذين ينموون مقابل البالغين ، أو الأنسجة التكاثرية مقابل غير التكاثرية ستوفر رؤى مهمة بشكل خاص.

1 المقدمة

بسبب الوظيفة المركزية للتيلوميرات في حماية نهايات الكروموسوم وسلامة الجينوم ، اكتسبت دراستهم اهتمامًا في مجالات مختلفة من علم الأحياء ، بدءًا من علم الأحياء الخلوي وعلم الأوبئة إلى علم البيئة وعلم الأحياء التطوري [1،2]. لقد ثبت أن التيلوميرات تقصر مع تقدم العمر في مجموعة واسعة من الكائنات الحية [3،4] ، والأهم من ذلك أن طول التيلومير و / أو معدل التقصير يمكن أن يتنبأ بالبقاء اللاحق [4،5]. وبالتالي ، تم اقتراح طول التيلومير و / أو الاستنزاف للعمل كمؤشر حيوي "للعمر البيولوجي" الفردي. تم ربط ديناميات التيلومير ليس فقط بآفاق البقاء على قيد الحياة الفردية ، وظروف النمو في الحياة المبكرة والنجاح الإنجابي ، ولكن أيضًا بالعديد من الضغوطات الفسيولوجية والنفسية. ومن ثم يُعتقد أن التيلوميرات علامة بيولوجية للتعرض للتحديات البيئية ونمط الحياة الفردي [1،2،6].

على الرغم من أن الدور المحوري للتيلوميرات في الصحة وبيولوجيا الشيخوخة معترف به جيدًا ، إلا أن فهمنا للمحددات الفسيولوجية لديناميات التيلومير في الجسم الحي لا يزال غير كامل. على سبيل المثال ، المعلومات المتعلقة بـ في الجسم الحي تظل تأثيرات الإجهاد التأكسدي على طول التيلومير و / أو معدل التقصير محدودة لأن معظم الدراسات التي أجريت حتى الآن قد استخدمت في المختبر مقاربة. ومع ذلك ، فإن معظم الدراسات حول ديناميكيات التيلومير تفترض أنه بسبب وجود في المختبر تأثير الضرر التأكسدي على التيلوميرات ، هذا هو الحال أيضًا في الجسم الحي. الورقة الأخيرة من قبل Boonekamp وآخرون. [7] يسلط الضوء على هذا القيد والفجوة الموجودة في الأدبيات حول هذه في الجسم الحي تأثيرات.

من خلال هذه المراجعة ، نهدف إلى تقديم صورة أوضح للموقف من خلال التركيز على ما نقوم به وما لا نعرفه عن في الجسم الحي روابط بين الإجهاد التأكسدي والتيلوميرات. نقدم ملخصًا موجزًا ​​لبنية التيلومير والآليات الرئيسية التي يتم من خلالها تنظيم طول التيلومير. ثم نغطي في الجسم الحي جوانب تأثير الإجهاد التأكسدي على ديناميات التيلومير. نقوم بمسح الأدبيات وتقييمها بشكل نقدي في الجسم الحي الدراسات المترابطة والتجريبية التي تبحث في العلاقة بين الإجهاد التأكسدي وطول التيلومير و / أو التقصير. أخيرًا ، نسلط الضوء على العديد من المعلمات الرئيسية التي من المحتمل أن تساهم في النتائج المختلطة المنشورة حتى الآن ، ونقترح مناهج تجريبية مختلفة من شأنها أن تساعد في توفير بيانات قوية في الدراسات المستقبلية.

2. هيكل التيلوميرات وتقصيرها

التيلوميرات ، معقدات بروتين-دنا واقٍ تقع في نهاية كروموسومات حقيقية النواة ، تتكون من تسلسلات دنا غير مشفرة تتكون من تكرارات ترادفية لسلسلة بسيطة من النيوكليوتيدات الغنية بالجوانين (G) [8]. بينما يختلف طول التيلوميرات بين الكروموسومات والأنواع ، فإن التسلسل مشابه في جميع حقيقيات النوى ، مما يشير إلى أن التيلوميرات هي بنية قديمة ومحفوظة للغاية ولها دور تطوري كبير في حماية سلامة الجينوم [9].

طول التيلوميرات ديناميكي وينتج عن التوازن بين عمليات الاستعادة والفقد. نظرًا لأن تكرار الحمض النووي هو عملية غير مكتملة جزئيًا ، ففي كل مرة تقوم الخلية بتقسيم تسلسل الحمض النووي التيلومري للكروموسومات يتم فقدها ، وهي ظاهرة تُعرف باسم "مشكلة النسخ المتماثل النهائي" [10]. يمكن أن تقصر التيلوميرات بمقدار 30 إلى 200 زوج قاعدي لكل انقسام خلوي ، ولكن يُعتقد أن فقدان 10 نقاط أساس فقط يرجع إلى مشكلة النسخ المتماثل النهائي في الخلايا البشرية المستزرعة [11]. يُعتقد أن الإجهاد التأكسدي الذي يؤدي إلى تلف الحمض النووي هو العامل الرئيسي المسؤول عن الخسارة المتبقية [12].

يمكن أن ينشأ الإجهاد التأكسدي من أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) المتولدة من مصادر خارجية (الأشعة فوق البنفسجية والملوثات) ، ولكن يُعتقد أن غالبية أنواع الأكسجين التفاعلية داخل الخلايا تنشأ كمنتج ثانوي لعملية التمثيل الغذائي الهوائي وإنتاج ATP في الميتوكوندريا [13] . تعتبر أنواع الأكسجين التفاعلية شديدة التفاعل وستتسبب في أضرار تأكسدية للعديد من الجزيئات الحيوية. يمكن منع مثل هذا الضرر من خلال آليات الدفاع المعروفة باسم الدفاعات المضادة للأكسدة ، أو إصلاحها في بعض الحالات بعد حدوثها. وبالتالي فإن الإجهاد التأكسدي هو نتيجة عدم التوازن بين الدفاعات المضادة للأكسدة وإنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية. بسبب محتواها العالي من الجوانين ، يُعتقد أن التيلوميرات حساسة بشكل خاص للأضرار التأكسدية [14]. إذا لم يتم منعه ، فإن الضرر التأكسدي لمناطق التيلومير سيؤدي إلى تراكم الأضرار التي تلحق بالحمض النووي ويؤدي إلى تفاقم فقدان التيلومير. على الرغم من أن الضرر التأكسدي يمكن أن يسبب تقصير التيلومير من خلال فواصل مزدوجة تقطعت بها السبل للحمض النووي ، فإن معظم فقدان التيلومير بسبب الإجهاد التأكسدي يحدث أثناء تكرار الحمض النووي نتيجة لتلف الحمض النووي أحادي الخيط [12]. نظرًا لأن المناطق التيلوميرية ذات كفاءة منخفضة لإصلاح تلف الحمض النووي أحادي الخيط ، فإن التيلوميرات التي تحتوي على تلف الحمض النووي أحادي الخيط لن يتم تكرارها بالكامل في الانقسام الخلوي التالي. لذلك ، فإن التيلوميرات التي تحتوي على مثل هذا التلف في الحمض النووي ستقصر أكثر بعد الانقسام الخلوي التالي لأن التسلسل الذي يتجاوز الضرر سيضيع [15]. توجد آليات مختلفة للحفاظ على طول التيلومير أو استعادته ، وتتمثل الآلية الرئيسية في نشاط التيلوميراز ، وهو بروتين نووي ريبي قادر على إطالة التيلوميرات [16]. في غياب الاستعادة ، يقصر طول التيلومير مع كل انقسام للخلية عندما تصل التيلوميرات إلى عتبة طول حرجة ، فإنها تحفز توقفًا دائمًا في دورة الخلية المعروفة باسم الشيخوخة الخلوية ، والتي قد يتبعها موت الخلية. نظرًا لدورها في الشيخوخة الخلوية ، يُعتقد أن التيلوميرات متورطة أيضًا في شيخوخة الكائنات الحية والشيخوخة [1].

تم إجراء معظم العمل الذي يبحث في تأثيرات الإجهاد التأكسدي على ديناميكيات التيلومير في المختبر. باستثناء دراستين [17 ، 18] ، معظمها في المختبر أظهرت التجارب أن الإجهاد التأكسدي يسرع من تقصير التيلومير [12 ، 15 ، 19]. لذلك ، يُعتقد أن الإجهاد التأكسدي هو الوسيط في تأثيرات العديد من العوامل البيئية على ديناميكيات التيلومير على المستوى العضوي ، ولكن بشكل مفاجئ في الجسم الحي تم التحقيق بشكل ضعيف نسبيًا في تأثيرات الإجهاد التأكسدي على ديناميكيات التيلومير ، كما هو موضح في منشور حديث [7].

3. ما هو الدليل الحالي الذي يظهر أن الإجهاد التأكسدي يقصر التيلوميرات في الجسم الحي?

بحثنا في الأدبيات المنشورة باستخدام محرك بحث Web of Science في مايو 2017 ، باستخدام مجموعات من المصطلحات التالية: التيلومير * ، الإجهاد التأكسدي ، مضادات الأكسدة * ، الضرر التأكسدي ، الارتباط * ، التجربة *. حددنا الدراسات ذات الاهتمام بالإبلاغ إما عن الارتباطات بين علامات الإجهاد التأكسدي (بدون قيود على طبيعة العلامات) وطول التيلومير و / أو تقصير ، أو التلاعب التجريبي للإجهاد التأكسدي (استنفاد / مكملات مضادات الأكسدة) والقياسات اللاحقة لطول التيلومير و / أو تقصير.

(أ) الدراسات المترابطة

أبلغت ثماني عشرة دراسة عن معلومات مترابطة حول الروابط بين الإجهاد التأكسدي والتيلوميرات (الجدول 1) ثمانية في البشر و 10 في أنواع الطيور. بشكل عام ، تشير 10 من 18 دراسة إلى وجود ارتباطات مهمة بين مجموعة متنوعة من علامات الإجهاد التأكسدي وطول التيلومير و / أو الاستنزاف. كانت الدراسات التي أجريت على البشر (ستة من ثمانية) أكثر عرضة للإبلاغ عن نتائج مهمة بشكل طفيف من الدراسات التي أجريت على الطيور (أربعة من 10). لم يكن للمنهجية المستخدمة في قياس التيلومير أي تأثير كبير على النتيجة ، مع اثنتين من خمس دراسات تستخدم جزء التقييد الطرفي (TRF) وسبع من 12 دراسة تستخدم PCR الكمي (qPCR) أبلغت عن نتائج مهمة. من المثير للدهشة أن علامات الضرر التأكسدي لم تكن أكثر احتمالًا (ستة من 14) لتترافق مع طول التيلومير من علامات الدفاعات المضادة للأكسدة (خمسة من 12). في الطيور ، كانت الدراسات التي تبحث في تقصير التيلومير أكثر احتمالا قليلا للعثور على نتائج مهمة من تلك التي تبحث في طول التيلومير في حد ذاته (أربعة من ثمانية مقابل واحد من ثمانية). بشكل عام ، لا يزال الدليل المترابط غامضًا في دعم الافتراض القائل بأن الإجهاد التأكسدي يساهم في تقصير التيلومير في الجسم الحي.

الجدول 1. ملخص الدراسات المترابطة التي أجريت في الجسم الحي واختبار العلاقات بين علامات الإجهاد التأكسدي وطول التيلومير (TL) و / أو تقصير التيلومير (TL). لم يتم عرض اتجاهات الارتباطات في الجدول ، لأنها كانت دائمًا في الاتجاه المتوقع ، أي أن الضرر التأكسدي العالي كان مرتبطًا بتيلوميرات أقصر أو تقصير أسرع للتيلومير ، بينما ارتبطت المستويات العالية من مضادات الأكسدة بتيلوميرات أطول أو تقلل من تقصير التيلومير. يشار إلى طريقة قياس طول التيلومير على أنها تفاعل البلمرة المتسلسل الكمي (qPCR) ، أو جزء التقييد الطرفي (TRF) أو التألق الكمي فى الموقع التهجين (qFISH). كرات الدم الحمراء ، خلايا الدم الحمراء TAC ، القدرة الكلية لمضادات الأكسدة SOD ، إنزيم مضاد الأكسدة الفائق ديسموتاز الجلوتاثيون ، مضادات الأكسدة الرئيسية داخل الخلايا ، مستقلبات الأكسجين التفاعلية ، علامة على الضرر التأكسدي المبكر الكلي.

(أ) باستثناء وجود علاقة ارتباط كبيرة بين تلف البروتين و TL في مرضى باركنسون فقط.

(ب) الدراسات التجريبية

في المجموع ، استخدمت ثماني دراسات نهجًا تجريبيًا مضبوطًا (أي التلاعب بالإجهاد التأكسدي) للتحقيق في الروابط بين الإجهاد التأكسدي والتيلوميرات (الجدول 2). استخدمت دراستان علاج l -buthionine sulfoximine (BSO) لتقليل المستويات الذاتية من الجلوتاثيون ، وهو أحد مضادات الأكسدة الهامة داخل الخلايا. استخدمت الدراسات الست الأخرى مكملات بمضادات الأكسدة المختلفة إما بمفردها أو مجتمعة ، مثل الفيتامينات C و E أو الإنزيم المساعد Q10 أو الميثيونين. بشكل عام ، توفر سبع من ثماني دراسات دعمًا جزئيًا أو كليًا لتأثير كبير للإجهاد التأكسدي على طول التيلومير و / أو معدل التقصير. أجريت الدراسة الوحيدة التي لا تدعم هذه الفرضية [45] أثناء التطور الجنيني ، حيث من المفترض أن يكون نشاط الإنزيم تيلوميراز مرتفعًا ، ولم يُظهر تأثيرًا واضحًا على مستويات الضرر التأكسدي أيضًا. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن تأثيرات الإجهاد التأكسدي على طول التيلومير من المحتمل أن تكون معتمدة على الأنسجة [38] ، وفي بعض الحالات ، تقتصر على مجموعات معينة من الحيوانات التي قد تكون أكثر حساسية للتغيرات في الدفاعات المضادة للأكسدة من غيرها [43]. ، 44]. من بين الدراسات الست التي تقيس تأثير العلاج على مستويات الضرر التأكسدي ، حصلت خمس منها على نتائج متسقة في الغالب بين تأثيرات العلاج على الضرر التأكسدي من ناحية ، وطول التيلومير و / أو التقصير من ناحية أخرى. . بشكل عام ، فإن الأدلة التجريبية التي تم جمعها حتى الآن تدعم في الغالب الافتراض القائل بأن الإجهاد التأكسدي يساهم في تقصير التيلومير في الجسم الحي.

الجدول 2. ملخص الدراسات التجريبية التي أجريت في الجسم الحي واختبار آثار استنفاد مضادات الأكسدة أو المكملات على طول التيلومير (TL) و / أو تقصير التيلومير (TL). يشار إلى طريقة قياس طول التيلومير على أنها PCR الكمي (qPCR) أو جزء التقييد الطرفي (TRF) أو التألق الكمي فى الموقع يصف التهجين (qFISH) والأسهم انخفاض (↘) ، زيادة (↗) أو تأثيرات غير مهمة ().

(أ) في مجموعة "المتعافين" بعمر ثلاثة أشهر فقط.

4. حدود الأدلة المترابطة والتجريبية الحالية

يمكن أن تفسر العديد من الجوانب التجريبية عدم تجانس النتائج التي وجدناها في الدراسات التي تبحث في الجسم الحي العلاقات بين الاكسدة وطول التيلومير. بادئ ذي بدء ، تعتبر الأنسجة المأخوذة وكذلك توقيت أخذ العينات من العوامل الرئيسية التي يجب مراعاتها. في الواقع ، تم إثبات أن زيادة تقصير التيلومير استجابةً للإجهاد التأكسدي من المحتمل أن تكون معتمدة على الأنسجة [38]. ومع ذلك ، قامت معظم الدراسات المترابطة (13 من 18) بقياس علامات الإجهاد التأكسدي وطول التيلومير في أنواع الأنسجة المختلفة (مثل الإجهاد التأكسدي في البلازما وطول التيلومير في الحمض النووي المعزول من خلايا الدم). ربما يحول هذا دون الحصول على معلومات قوية لأن كلا من الاختلافات في طول التيلومير وعلامات الإجهاد التأكسدي يمكن أن تعتمد على الأنسجة (على سبيل المثال [47 ، 48]). وبالمثل ، فإن قياس الضرر التأكسدي للدهون / البروتينات وليس الحمض النووي ليس مثاليًا عند اختبار تأثير الإجهاد التأكسدي على طول التيلومير ، لأن مستويات الضرر التأكسدي للجزيئات الحيوية المختلفة ليست بالضرورة مرتبطة (على سبيل المثال [49،50]).

يعد توقيت أخذ العينات لقياس كلاً من الإجهاد التأكسدي وطول التيلومير من العوامل الرئيسية التي يجب أخذها في الاعتبار. في الواقع ، من المرجح أن تختلف مستويات الإجهاد التأكسدي بسرعة أكبر بكثير من طول التيلومير. علاوة على ذلك ، من المفترض أن تكون معظم تأثيرات الإجهاد التأكسدي على طول التيلومير مرئية فقط بعد التكاثر الخلوي التالي ، لأن الضرر أحادي الخيط من المرجح أن يحدث أكثر من الانقطاعات المزدوجة ، ولن يؤدي مثل هذا الضرر أحادي الخيط إلا إلى تقصير التيلوميرات أثناء النسخ المتماثل [12]. لذلك ، فإن التأثيرات على تقصير التيلومير من ارتفاع الإجهاد التأكسدي في نقطة زمنية معينة قد تكون مرئية فقط في وقت لاحق. هذا لا يعني فقط أن الدراسات التجريبية يجب أن تنظر في طول التيلومير لفترة كافية لحدوث النسخ المتماثل بعد حدوث التلاعب ، ولكن أيضًا أن الدراسات المترابطة يجب أن تختار توقيت أخذ العينات بحكمة. على سبيل المثال ، يمكن أن تتمثل إحدى إستراتيجيات أخذ العينات المحتملة في قياس طول التيلومير "الأولي" والإجهاد التأكسدي ، وقياس طول التيلومير "النهائي" لاحقًا (بالنظر بشكل مثالي إلى توقيت الانقسام الخلوي في الأنسجة المستهدفة) ، ثم ربط تقصير التيلومير بالأكسدة الأولية. مستويات التوتر. في الواقع ، نظرًا لأنه من المحتمل أن يتم تحديد طول التيلومير إلى حد كبير عن طريق الوراثة وظروف الحياة المبكرة [51،52] ، فإن استخدام معدل تقصير التيلومير سوف يتجنب "ضوضاء الخلفية" في الارتباط مع مستويات الإجهاد التأكسدي. وفقًا لذلك ، نظهر في المواد التكميلية الإلكترونية S1 و S2 ، باستخدام إحدى مجموعات البيانات الخاصة بنا (البيانات المتوفرة في المواد التكميلية الإلكترونية ، S3) ، أن مثل هذا النهج كان الوحيد الذي يكشف عن علاقة مهمة بين الضرر التأكسدي للحمض النووي والتيلوميرات في الفحم حلمة (Periparus ater) الفراخ (تم نشر معلومات عن الإجهاد التأكسدي وقياسات التيلومير بشكل منفصل في [32،33]).

تعتبر مرحلة الحياة التي يتم فيها أخذ عينات الحيوانات أيضًا جانبًا أساسيًا يجب مراعاته. على سبيل المثال ، من المرجح أن يكون الإنزيم تيلوميراز نشطًا أثناء نمو الجنين ، وربما في مراحل لاحقة من الحياة في أنسجة معينة في بعض الأصناف [3]. هذا أمر مهم في الاعتبار ، لأنه يمكن أن يخفي العلاقة الحقيقية بين الإجهاد التأكسدي وتقصير التيلومير في الجسم الحي. بالإضافة إلى ذلك ، خلال فترة النمو ، من المرجح أن تكون مشكلة النسخ النهائي أثناء الانقسام الخلوي أحد المحركات الرئيسية لتقصير التيلومير ، والذي يمكن أن يكون له عواقب مختلفة يجب على الباحثين أخذها في الاعتبار. في الواقع ، يمكن أن يؤدي الانقسام الخلوي السريع ومشكلة التكرار النهائي المصاحبة أثناء النمو إلى تقليل احتمالية العثور على نتائج مهمة في الدراسات المترابطة ، لأنه سيقلل النسبة النسبية لتقصير التيلومير المرتبط بالإجهاد التأكسدي. بدلاً من ذلك ، يمكن أن يؤدي الانقسام الخلوي السريع المرتبط بالنمو إلى زيادة احتمالية اكتشاف نتائج مهمة في الدراسات التجريبية عن طريق تحويل تلف الخيط المفرد بسرعة إلى تقصير فعلي للتيلومير.

يجب أيضًا مراعاة طبيعة التلاعب التجريبي بعناية. في الواقع ، في حين أن دراسات مكملات مضادات الأكسدة المفصلة في الجدول 2 كانت ناجحة تمامًا في العثور على تأثيرات مفيدة كبيرة على طول التيلومير ، فإن أي نتيجة غير مهمة لمثل هذه المكملات لن تكون مفاجئة في رأينا. في الواقع ، من المحتمل أن تكون مثل هذه المكملات المضادة للأكسدة مفيدة فقط إذا كانت هناك حاجة إلى مضادات أكسدة إضافية ، وليس إذا كانت الحيوانات غير محدودة الموارد بشكل طبيعي [53]. هذا يمكن أن يفسر لماذا في بعض الحالات كانت مكملات مضادات الأكسدة مفيدة فقط لبعض مجموعات معينة من الحيوانات [43 ، 44].

أخيرًا ، يمكن أن تؤدي أنواع أخرى من التحيزات ، مثل التحيز الإحصائي أو تحيز النشر إلى انحراف فهمنا لتأثيرات الإجهاد التأكسدي على التيلوميرات. في الواقع ، مع الأخذ في الاعتبار أن "الارتباط ليس سببية" ، فإن الافتقار إلى ارتباط مهم هو بالتأكيد ليس دعمًا جيدًا ضد السببية أيضًا. الأهم من ذلك ، أن الخطأ الإحصائي من النوع الثاني (أي "خطأ سلبي") يجب أن يؤخذ في الاعتبار بعناية قبل استخلاص استنتاجات حول العلاقات غير المهمة (كما فعل بواسطة [7]) ، ويجب أن تكون أحجام العينة بشكل عام كبيرة جدًا للحد من النوع. الثاني خطأ. من المرجح أيضًا أن يؤدي التحيز المحتمل تجاه نشر النتائج المهمة فقط إلى تغيير الصورة العامة الموجودة في الأدبيات العلمية حتى الآن. من المحتمل أن يكون هذا صحيحًا بشكل خاص في الدراسات التجريبية حيث ينصب تركيزها الرئيسي على الروابط بين الإجهاد التأكسدي ودراسات تقصير التيلومير ربما تكون أقل حساسية لهذا التحيز لأنها غالبًا ما تشير إلى الارتباط بين الإجهاد التأكسدي والتيلوميرات كجزء من بيولوجي آخر. معلومة.

5. ما الذي يجب أن نفعله للمضي قدمًا بالميدان؟

نعتقد أن التجارب المصممة بعناية فقط هي التي ستوفر إجابة قوية لمسألة أهمية الإجهاد التأكسدي لتقصير التيلومير في الجسم الحي. يعتبر التلاعب المباشر بإنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية أو تقليل تنظيم الدفاعات المضادة للأكسدة بلا شك نهجًا أقوى من مكملات مضادات الأكسدة ، لأن المكملات تكون فعالة فقط في الاستجابة للحد الطبيعي للدفاعات المضادة للأكسدة. ومع ذلك ، فإن التلاعب بـ ROS في الجسم الحي يمثل تحديًا كبيرًا كما هو موضح في مراجعة حديثة [54]. ومع ذلك ، نجحت بعض التجارب التي تستخدم الجزيئات المؤيدة للأكسدة في إحداث ضرر مؤكسد معتدل (على سبيل المثال [55]) ، وينبغي أن يوفر قياس طول التيلومير في مثل هذا السياق معلومات مفيدة. إن تقليل التنظيم الانتقائي للجلوتاثيون المضاد للأكسدة الداخلي باستخدام BSO هو بلا شك أحد أقوى الأدوات المتاحة للباحثين [38]. هذا التلاعب انتقائي للغاية لأن BSO يثبط فقط تخليق الجلوتاثيون ولا يؤثر على المسارات الخلوية الأخرى. ومن الجدير بالذكر أيضًا أن الدراسات التجريبية من المرجح أن تكشف عن تأثير كبير للإجهاد التأكسدي على التيلوميرات أكثر من الدراسات المترابطة. في الواقع ، من الممكن أن تكون الكائنات الحية في ظل الظروف الطبيعية قادرة في معظم الحالات على الحفاظ على الإجهاد التأكسدي عند مستوى عتبة لا يؤثر على التيلوميرات ، بينما يمكن أن يؤدي التلاعب التجريبي بالإجهاد التأكسدي إلى تعطيل هذا التوازن.

بغض النظر عن نوع المعالجة التجريبية المستخدمة ، من المهم التحقق من تأثير العلاج على الضرر التأكسدي (يفضل على الحمض النووي) قبل فحص التأثير على طول التيلومير و / أو التقصير. إذا أمكن ، يجب قياس الضرر التأكسدي وطول التيلومير في نفس نوع العينة بالضبط. يجب أن يتم التحقيق في تأثير العلاج في العديد من الأنسجة لأن الدراسة الأكثر إقناعًا حتى الآن [38] وجدت تأثيرات خاصة بنسيج BSO على طول التيلومير. كما هو مذكور في الفقرة السابقة ، يمكن أن تقيد مرحلة الحياة وكذلك نوع الأنسجة تأثيرات الإجهاد التأكسدي على ديناميكيات التيلومير. سيكون إجراء نفس التجربة على كل من الأفراد البالغين والنمو ومقارنة الأنسجة التكاثرية مقابل الأنسجة غير التكاثرية أمرًا مهمًا ، من أجل تقييم حساسية التيلوميرات للإجهاد التأكسدي في مراحل الحياة المختلفة وكذلك أهمية الانقسام الخلوي في الكشف عن التأثير من الإجهاد التأكسدي على طول التيلومير. أخيرًا ، نظرًا للقيود التجريبية المختلفة (مثل الحقن المتكرر أو المكملات المستمرة في الماء / الطعام ، والمراقبة الدقيقة للحالة الصحية) والاعتبارات الأخلاقية ، نقترح إجراء مثل هذه الدراسات في الحيوانات الأسيرة.

6. الخلاصة

العدد المحدود للدراسات التي تبحث في في الجسم الحي يبرز الارتباط بين الإجهاد التأكسدي وديناميكيات التيلومير أن فهمنا لهذا الارتباط لا يزال غير مكتمل. على الرغم من أن الدراسات المترابطة تعرض نتائج ملتبسة ، إلا أن النتائج من العدد المحدود للدراسات التجريبية التي أجريت حتى الآن تشير إلى أن الإجهاد التأكسدي يؤثر على تقصير التيلومير في الجسم الحي. ومع ذلك ، من المرجح أن تكون الدراسات التجريبية أكثر عرضة لتحيز النشر كما هو مذكور أعلاه. المفتاح لفهم أفضل لتأثير الإجهاد التأكسدي على تقصير التيلومير في الجسم الحي سيأتي بلا شك من دراسات تجريبية قوية ، خاصة إذا أجريت في نطاق واسع من الكائنات الحية لأن الفروق بين الأصناف في بيولوجيا التيلومير موجودة بالفعل. أخيرًا ، عندما يكون عدد الدراسات المنشورة كافياً للتغلب على القيود المرتبطة بعدم تجانس البيانات ، سيكون من الأهمية بمكان إجراء تحليل تلوي كمي للعلاقات بين الإجهاد التأكسدي وطول التيلومير في الجسم الحي.

الوصول إلى البيانات

يمكن الوصول إلى البيانات كملف Excel في مادة تكميلية إلكترونية S3.


أساليب

الاستنساخ وتعبير البروتين وتنقية SARS-CoV-2 M pro

نمت مزارع الخلايا وتم التعبير عن البروتين وفقًا للطريقة المذكورة في المرجع. 7. تم إعادة تعليق كريات الخلايا في محلول تحلل (20 ملي مولار Tris-HCl pH 8.0 ، 150 ملي كلوريد الصوديوم ، 5 ٪ جلسرين) ، تم فصلها عن طريق التجانس عالي الضغط ثم طردها عند 25000ز لمدة 30 دقيقة. تم تحميل المادة الطافية على عمود تقارب Ni-NTA (Qiagen) وغسلها في محلول تحلل يحتوي على 20 ملي إيميدازول. تمت تصفية جهاز M pro الذي يحمل علامة بواسطة محلول تحلل يتضمن 300 ملي إيميدازول. ثم تمت إزالة الإيميدازول من خلال التحلية. تمت إضافة بروتياز فيروس الأنف البشري 3C لإزالة علامة C-terminal الخاصة به. تمت تنقية SARS-CoV-2 M pro بشكل إضافي بواسطة كروماتوغرافيا التبادل الأيوني ، ثم تم نقل M pro المنقى إلى 10 ملي مولار Tris-HCl pH 8.0 عن طريق إزالة الملوحة وتخزينها عند -80 درجة مئوية لحين الحاجة.

التبلور وجمع البيانات وتحديد الهيكل

تم تركيز SARS-CoV-2 M pro إلى 5 مجم مل -1 ، تم تحضينه بـ 0.3 ملي مولار من الكارموفور (Selleck) لمدة ساعة واحدة ، ثم تمت بلورة المركب بطريقة انتشار بخار قطرة معلقة عند 20 درجة مئوية. نمت أفضل البلورات باستخدام محلول جيد يحتوي على 0.1 M MES pH 6.0 ، 5 ٪ بولي إيثيلين جلايكول 6000 و 3 ٪ DMSO. كان المحلول الواقي من البرد هو الخزان ولكن مع إضافة 20٪ من الجلسرين.

تم جمع بيانات الأشعة السينية على خط الأشعة BL17U1 في مرفق شنغهاي للإشعاع السنكروتروني (SSRF) عند 100 كلفن وطول موجة 0.97918 Å باستخدام كاشف لوحة صورة Eiger X 16M. تم إجراء تكامل البيانات وقياسها باستخدام برنامج XDS 21. تم تحديد الهيكل عن طريق الاستبدال الجزيئي (MR) باستخدام PHASER 22 و Phenix 1.17.1 23 باستخدام SARS-CoV-2 M pro (PDB ID 6LU7) كقالب بحث. تعرض النموذج من MR لاحقًا لدورات تكرارية لتعديل النموذج اليدوي باستخدام Coot 0.8 24 ، وتم الانتهاء من الصقل باستخدام Phenix REFINE 25. تم بناء المثبط ، carmofur ، وفقًا لخريطة الحذف. تم تلخيص إحصاءات التدريج والتنقيح في الجدول التكميلي 1.

مقايسات مضادات الفيروسات والسمية الخلوية للكارموفور

تم نشر عزل سريري لـ SARS-CoV-2 (nCoV-2019BetaCoV / Wuhan / WIV04 / 2019) في خلايا Vero E6 ، وتم تحديد العيار الفيروسي كما هو موضح سابقًا 20. تم الحصول على خلايا Vero E6 من ATCC مع المصادقة. تم إجراء المصادقة عن طريق فحص التشكل تحت المجهر وتحليل منحنى النمو. تم اختبار جميع الخلايا على أنها سالبة الميكوبلازما. بالنسبة للمقايسة المضادة للفيروسات ، تمت معالجة خلايا Vero E6 المصنفة مسبقًا (5 × 10 4 خلايا لكل بئر) مسبقًا بتركيزات مختلفة من carmofur لمدة ساعة واحدة وأضيف الفيروس لاحقًا (MOI 0.05) للسماح بالعدوى لمدة ساعة واحدة. بعد ذلك ، تمت إزالة خليط الدواء الفيروسي وزُرعت الخلايا بوسط يحتوي على دواء جديد. في 24 ساعة بعد الإصابة ، تم جمع المادة الطافية للخلايا وتعرض vRNA في المادة الطافية لتحليل qRT-PCR ، بينما تم إصلاح الخلايا وتعريضها للتألق المناعي لمراقبة مستوى NP داخل الخلايا كما هو موصوف سابقًا 20. بالنسبة لفحوصات السمية الخلوية ، تم تعليق خلايا Vero E6 في وسط النمو في 96 طبقًا جيدًا. في اليوم التالي ، تمت إضافة تركيزات مناسبة من carmofur إلى الوسط. بعد 24 ساعة ، تم قياس الأعداد النسبية للخلايا الباقية باستخدام مقايسة Cell Counting Kit-8 (CCK8 ، Beyotime) وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة. تم إجراء جميع التجارب في ثلاث نسخ ، وأجريت جميع تجارب العدوى على مستوى السلامة الحيوية 3 (BSL-3).

ملخص التقارير

يتوفر مزيد من المعلومات حول تصميم البحث في Nature Research Reporting Summary المرتبط بهذه المقالة.


شاهد الفيديو: مراجعة ليلة الامتحان - مادة الأحياء - الصف الثالث الثانوي - نظام حديث 2021 - مستر. مصطفى قبارى (كانون الثاني 2022).