מעבר סידורי - ויקיפדיה - Serial passage

מעבר סידורי מתייחס לתהליך הגידול בַּקטֶרִיָה או א נגיף באיטרציות. למשל, ניתן לגדל וירוס בסביבה אחת, ואז ניתן להסיר חלק מהווירוס הזה ולהכניס אותו לסביבה חדשה. תהליך זה חוזר על עצמו בכמה שלבים שתרצה, ואז נלמד התוצר הסופי, לעיתים קרובות בהשוואה לנגיף המקורי.

סוג זה של העברה נוחה מתבצע לעיתים קרובות במעבדה, מכיוון שמעניין לראות כיצד הנגיף או החיידק שעובר מתפתח במהלך ניסוי. בפרט, מעבר סדרתי יכול להיות די שימושי בניסויים המבקשים לשנות את אַרסִיוּת של נגיף או אחר מְחוֹלֵל מַחֲלָה. אחת התוצאות של זה היא שמעבר סדרתי שימושי ביצירה חיסונים, מכיוון שמדענים יכולים ליישם מעבר סדרתי וליצור זן של נגיף שיש לו ארסיות נמוכה.[1]

מַנגָנוֹן

ניתן לבצע מעבר סידורי בַּמַבחֵנָה אוֹ in vivo. בשיטת המבחנה, וירוס או זן של חיידקים יבודדו ויאפשרו להם לגדול לזמן מסוים. לאחר שהדגימה גדלה באותה תקופה, חלק ממנה יועבר לסביבה חדשה ותאפשר לגדול באותה תקופה.[2][3] תהליך זה יחזור על עצמו כמה פעמים שתרצה.

לחלופין, ניתן לבצע ניסוי in vivo כאשר בעל חיים נגוע בפתוגן, ופתוגן זה איפשר זמן לצמוח במארח זה לפני שמדגם ממנו יוסר מהמארח והועבר למארח אחר. תהליך זה חוזר על עצמו עבור מספר מסוים של מארחים; הניסוי האישי קובע את המספר הזה.

כאשר המעבר הסדרתי מתבצע במבחנה או in vivo, הנגיף או החיידק עשויים להתפתח על ידי מוטציה שוב ושוב.

זיהוי ולימוד של מוטציות המתרחשות במעבר סדרתי חושף לעתים קרובות מידע אודות הנגיף או החיידק הנחקר. בהתאם לכך, לאחר ביצוע מעבר סדרתי יכול להיות חשוב להשוות את הנגיף או דגימת החיידק שנוצר למקור, תוך ציון כל המוטציות שהתרחשו והשפעותיהם הקולקטיביות. תוצאות משמעותיות שונות עשויות להתרחש. ניתן לשנות את ארסיות הנגיף,[4] למשל, או שנגיף יכול להתפתח ולהיות מותאם לסביבה מארחת שונה מזו שבה הוא נמצא בדרך כלל.[4] שימו לב שמעט יחסית קטעים נחוצים בכדי לייצר שינוי בולט בנגיף; למשל, נגיף יכול להסתגל בדרך כלל למארח חדש בתוך עשרה קטעים.[4]

למעשה, בדיוק מכיוון שמעבר סדרתי מאפשר התפתחות מהירה של נגיף למארחו, ניתן להשתמש בו לחקר התפתחות העמידות לאנטיביוטיקה; באופן ספציפי, לקביעת אילו מוטציות יכולות להוביל להתפתחות עמידות לאנטיביוטיקה.[5]

הִיסטוֹרִיָה

הטכניקה של מעבר סדרתי קיימת מאז 1800. באופן מיוחד, לואיס פסטר העבודה עם חיסון נגד כלבת בסוף המאה ה -19 מדגים שיטה זו.[6]

פסטר יצר כמה חיסונים במהלך חייו. עבודתו לפני כלבת כללה הנחתת וירוסים, אך לא באמצעות מעבר סדרתי. בפרט, פסטר עבד איתו כּוֹלֵרָה ומצא שאם יטפח חיידקים לפרקי זמן ארוכים, הוא יוכל ליצור חיסון יעיל.[6][7] פסטר חשב שיש משהו מיוחד בחמצן וזו הסיבה שהוא הצליח להחליש (ליצור גרסה פחות ארסית של) הנגיף. פסטר ניסה גם ליישם שיטה זו ליצירת חיסון עבור גַחֶלֶת, אם כי בפחות הצלחה.[6]

בהמשך, פסטר רצה ליישם שיטה זו ליצירת חיסון נגד כלבת. עם זאת, כלבת נגרמה, ללא ידיעתו, על ידי נגיף, ולא מחולל חיידקים כמו כולרה ואנתרקס, ומסיבה זו לא ניתן היה לתרגל כלבת באותו אופן שיכול להיות כולרה ואנתרקס.[7] שיטות למעבר סדרתי לנגיפים במבחנה לא פותחו עד שנות הארבעים, אז ג'ון אנדרס, תומאס ולר, ו פרדריק רובינס פיתחה טכניקה לכך. שלושת המדענים הללו זכו בהמשך פרס נובל לקידום העיקרי שלהם.[8]

כדי לפתור בעיה זו, פסטר עבד עם נגיף הכלבת in vivo.[6][7] בפרט, הוא לקח רקמת מוח מכלב נגוע והשתיל אותה לכלב אחר, וחזר על התהליך הזה מספר פעמים ובכך ביצע מעבר סדרתי אצל כלבים.[6] ניסיונות אלה הגבירו את ארסיות הנגיף.[6] ואז הוא הבין שהוא יכול להכניס רקמת כלב לקוף כדי להדביק אותו ואז לבצע מעבר סדרתי בקופים.[6] לאחר שהשלים את התהליך הזה והדביק כלב בנגיף שנוצר, פסטר הבין שהנגיף פחות ארסי.[6] בעיקר, פסטר עבד עם נגיף הכלבת בארנבות.[7] בסופו של דבר, כדי ליצור את החיסון שלו נגד כלבת, השתמש פסטר בשיטה פשוטה שכללה ייבוש רקמות. כמתואר במחברתו:

בסדרת צלוחיות בהן האוויר נשמר במצב יבש ... בכל יום מתלים עובי של רקמת עמוד השדרה הארנב הטרי שנלקח מארנב שמת כלבת. גם בכל יום אחד מחסן מתחת לעור של כלב 1 מ"ל של ביליליון מעוקר, שבו פיזר שבר קטן של אחת מחתיכות עמוד השדרה המיובשות הללו, החל בחתיכה הרחוקה ביותר בזמן ממועד עבודתה, ב כדי להיות בטוח שזה בכלל לא ארסי.[6]

לכן, פסטר השתמש בעיקר בטכניקות אחרות מלבד מעבר סדרתי ליצירת החיסונים שלו. עם זאת, הרעיון להחליש וירוס באמצעות מעבר סדרתי עדיין מתקיים.

שימוש בחיסונים

אחת הדרכים להחליש וירוס למארח היא על ידי העברת הנגיף למין אחר.[4] הרעיון הוא שככל שזן של נגיף יותאם יותר למין אחר, אותו זן יותאם פחות למארח המקורי, ובכך יקטן בארסיות ביחס למארח המקורי.[4] זהו העיקרון הגלום שלואי פסטר עשה בו שימוש לא מודע כאשר העביר את נגיף הכלבת בקופים ובסופו של דבר היה נגיף שהיה פחות מסוכן לכלבים, למשל.[6]

תהליך המעבר הסדרתי מניב א חיסון חי. יש בכך גם יתרונות וגם חסרונות. בעיקר, חיסונים חיים הם לעיתים יעילים יותר ומחזיקים מעמד יותר מאשר חיסונים שאינם פעילים או סוגים אחרים.[9][10] עם זאת, בדיוק כאשר הנגיף התפתח כדי להיות מוחלש, הוא עלול להתפתח לאחור אצל המארח, מה שמוביל לזיהום.[10]

ניסויים

חוקרים ערכו ניסויים רבים תוך שימוש במעבר סדרתי. חלק מהשימושים הניסיוניים במעבר סדרתי כוללים שינוי ארסיות של נגיף, כדי לחקור את האבולוציה או את ההתפתחות הפוטנציאלית של מחלות זואוטיות למארחים חדשים ולומדים עמידות לאנטיביוטיקה.

הגברת הארסיות לשימוש בדוגמנות של בעלי חיים

בעת פיתוח חיסונים לנגיפים, הדגש הוא על החלשת הנגיף, או הפחתת ארסיותו במארח נתון. לפעמים כדאי להשתמש במעבר סדרתי כדי להגביר את הארסיות של נגיף. בדרך כלל, כאשר מתבצעת מעבר סדרתי במין, התוצאה היא נגיף ארסי יותר לאותו מין.[4]

לדוגמא, מחקר אחד[11] השתמש במעבר סדרתי בבבנים כדי ליצור זן של HIV-2 שהוא ארסי במיוחד לבבנים. זנים אופייניים של HIV-2 מדביקים רק בבונים לאט.[11] הספציפיות הזו מקשה על המדענים להשתמש ב- HIV-2 במודלים של בעלי חיים של HIV-1, מכיוון שבעלי החיים במודל יראו רק לאט לאט. הזן הארסי יותר של HIV-2 יכול להיות מעשי לשימוש במודלים של בעלי חיים.[11]

מחקר אחר של קאנטה סובארו כלל ניסוי מעבר סדרתי על ידי הדבקת עכברים ב סארס.[12] SARS בדרך כלל לא הופך עכברים לחולים במיוחד, אולם לאחר שהנגיף עבר סדרתי בעכברים הוא הפך קטלני.[12]

שינוי חשוב של ארסיות ה- SARS בדרך זו היה חשוב, מכיוון שללא צורה ארסית של SARS להדבקת חיות מעבדה, מדענים לא היו מסוגלים לבדוק את השפעות ה- SARS במודל של בעלי חיים.[12]

באופן כללי יותר, ניסוי זה משקף גם עיקרון רפואי כללי: ארסיות של נגיף מתווכת על ידי הקושי בהעברתו.

ככלל, אם וירוס הורג את מארחו מהר מדי, למארח לא תהיה אפשרות לבוא במגע עם מארחים אחרים ולהעביר את הנגיף לפני שהוא מת. במעבר סדרתי, כאשר וירוס הועבר ממארח ​​למארח ללא קשר לארסיותו, כמו הניסוי של סובארו, נבחרים הנגיפים שצומחים הכי מהר (ולכן הם הארסיים ביותר).[12]

לעיקרון זה השלכות על בריאות הציבור, משום שהוא מצביע על כך שבאזורים צפופים מאוד או צפופים מאוד, כמו שכונות עוני, הברירה הטבעית עשויה להעדיף נגיפים ארסיים יותר.

זה גם עוזר להסביר מדוע היגיינה טובה כל כך חשובה. היגיינה טובה נבחרת נגד נגיפים ארסיים ביותר על ידי הפחתת יכולת ההעברה של פתוגנים.[12]

שַׁפַעַת

ה H5N1 נגיף הוא זן קטלני במיוחד של שַׁפַעַת. נכון לעכשיו זה יכול להדביק בני אדם, אבל זה לא מדבק. ובכל זאת, למעלה מ- 600 אנשים מתו מנגיף H5N1,[12] ולכן העברת הנגיף מדאיגה את המדענים העיקריים.

נערכו מספר ניסויים במעבר סדרתי בכדי לקבוע את כדאיות הנגיף המועבר בבני אדם. בפרט, רון פוצ'יר ועמיתיו עשו ניסוי מעבר סדרתי בן 10 שלבים בחמוסים.[12] בכך הם יצרו זן של שפעת שלא רק הדביקו חמוסים, אלא הועבר בין חמוסים.[12] יש לציין כי זן זה היה דומה מאוד לזן המקורי שאיתו הדביקו את החמוס הראשון - במילים אחרות, רק כמה מוטציות היו נחוצות כדי שהנגיף יועבר בין חמוסים.[12][13] באופן דומה, החוקר יושיהירו קוואוקה מצא כי יש צורך במוטציה יחידה כדי להעביר את הנגיף בחמוסים.[13]

המחקר של פוצ'יר וגם המחקר של קוואוקה, צונזרו בתחילה, לפי ההשלכות ביוטרור.[13] המחקר פורסם מאוחר יותר, אך נותר שנוי במחלוקת.[13]

מעבר סידורי הוא טכניקה מלאכותית המשמשת במסגרת מעבדה, ולא בתהליך טבעי. לפיכך, הסבירות שנגיף H5N1 ממש יתמוטט ויהפוך להעברה בבני אדם אינה ידועה; עם זאת, החוקר דרק סמית יצר מודל אבולוציוני כדי להראות שזה אפשרי.[12]

הבנת האופן בו וירוסים קופצים בין מינים

שימוש נוסף במעבר סדרתי הוא בהבנת האופן שבו פתוגנים מסתגלים למינים חדשים. על ידי הכנסת פתוגן למין מארח חדש וביצוע מעבר סדרתי, מדענים יכולים להתבונן כאשר הפתוגן מסתגל למארח החדש שלו ולאתר את המוטציות המאפשרות התאמה זו.[4]

הפניות

  1. ^ "מעבר סידורי". ביולוגיה מקוונת. הוחזר 16 באפריל 2014.
  2. ^ Chapuis É, Pagès S, Emelianoff V, Givaudan A, Ferdy JB (ינואר 2011). "ריבוי וכפל פתוגן: ניסוי מעבר סדרתי בחיידק החיידק החיידקי-נגיף Xenorhabdus nematophila". PLOS ONE. 6 (1): e15872. ביבקוד:2011PLoSO ... 615872C. דוי:10.1371 / journal.pone.0015872. PMC  3031541. PMID  21305003.
  3. ^ Somerville GA, Beres SB, Fitzgerald JR, DeLeo FR, Cole RL, Hoff JS, Musser JM (מרץ 2002). "מעבר טורי במבחנה של סטפילוקוקוס אוראוס: שינויים בפיזיולוגיה, ייצור גורמי ארסיות ורצף נוקלאוטיד agr". כתב העת לבקטריולוגיה. 184 (5): 1430–7. דוי:10.1128 / jb.184.5.1430-1437.2002. PMC  134861. PMID  11844774.
  4. ^ א ב ג ד ה f ז וו HJ, רייפמן J (ינואר 2014). "דוגמנות כמותית של דינמיקות האבולוציה של הנגיף והתאמתם בקטעים סדרתיים תוך שימוש בנופי כושר שהוסמכו אמפירית". כתב העת לווירולוגיה. 88 (2): 1039–50. דוי:10.1128 / JVI.02958-13. PMC  3911671. PMID  24198414.
  5. ^ מרטינז JL, Baeroero F, Andersson DI (אוקטובר 2011). "מעבר למעברים סדרתיים: שיטות חדשות לחיזוי הופעת עמידות לאנטיביוטיקה חדשה". חוות הדעת הנוכחית בפרמקולוגיה. 11 (5): 439–45. דוי:10.1016 / j.coph.2011.07.005. PMID  21835695.
  6. ^ א ב ג ד ה f ז ח אני j סמית KA (2012). "פסטור לואי, אבי האימונולוגיה?". גבולות באימונולוגיה. 3: 68. דוי:10.3389 / fimmu.2012.00068. PMC  3342039. PMID  22566949.
  7. ^ א ב ג ד שוורץ, מ '(2001). חייו ויצירותיו של לואי פסטר. כתב העת למיקרוביולוגיה שימושית, 91 (4), 597-601.
  8. ^ מקולרס JA (ספטמבר 2007). "אבולוציה, יתרונות וחסרונות בניהול חיסונים". Journal of Managed Care Pharmacy. 13 (7 ספקים B): S2–6. דוי:10.18553 / jmcp.2007.13.s7-b.2a. PMID  17874877.
  9. ^ האנט ר. "'חיסונים: הצלחות עבר וסיכויים עתידיים ". מיקרוביולוגיה ואימונולוגיה מקוונת. הוחזר 5 במאי 2014.
  10. ^ א ב "סוגי חיסונים". המכון הלאומי לאלרגיה ומחלות זיהומיות. הוחזר 5 במאי 2014.
  11. ^ א ב ג Locher CP, Witt SA, Herndier BG, Abbey NW, Tenner-Racz K, Racz P, Kiviat NB, Murthy KK, Brasky K, Leland M, Levy JA (ינואר 2003). "שכפול וירוסים מוגבר וארסיות לאחר מעבר סדרתי של נגיף החיסון האנושי מסוג 2 בבבנים". כתב העת לווירולוגיה. 77 (1): 77–83. דוי:10.1128 / jvi.77.1.77-83.2003. PMC  140565. PMID  12477812.
  12. ^ א ב ג ד ה f ז ח אני j צימר ג '(2013). "פרק 15". הבנק הסבוך (מהדורה שנייה). הוצאת רוברט ושות '. עמ '399–427.
  13. ^ א ב ג ד פויו טי (3 במאי 2012). "מאמר שנוי במחלוקת H5N1 מראה כי שפעת העופות היא רק מוטציה גנטית הרחק משפעת היונקים". מדע ZME. הוחזר 26 באפריל 2014.

ראה גם