Informacja

W jaki sposób można wykorzystać profilowanie DNA do określenia liczby organizmów z określonego gatunku, które znajdują się na określonym obszarze?

W jaki sposób można wykorzystać profilowanie DNA do określenia liczby organizmów z określonego gatunku, które znajdują się na określonym obszarze?


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.

Oto żmudne pytanie egzaminacyjne: pytanie 8(b). https://drive.google.com/drive/folders/0B23NLD5L6099VWJya3dfLVJpbmc

Pytanie brzmi:

W 2007 r. niedźwiedź brunatny był zagrożonym gatunkiem w Albercie w Kanadzie. Przeprowadzono badania mające na celu określenie liczebności niedźwiedzi na tym terenie. Futro zostało zebrane z drzew, o które otarły się niedźwiedzie, i przeanalizowano ich DNA.

(i) Wyjaśnij, w jaki sposób analiza DNA pomogłaby naukowcom określić liczbę niedźwiedzi na danym obszarze.

Odpowiedź brzmi po prostu:

  1. pomysł porównywania zespołów

  2. pomysł, że każdy niedźwiedź ma unikalne {DNA / wzory pasków}

  3. pomysł, że liczba różnych wzorów pasków będzie równa liczbie różnych niedźwiedzi

Moje pytanie brzmi: jak cały proces pasuje do siebie?

Jestem całkowicie zakłopotany tym, jak całe śledztwo pasowałoby do siebie i próbowałem to wyartykułować godzinami. Wygląda na to, że jeśli mam tylko zbierać próbki futra z drzew, to będą komórki należące do różnych gatunków, to wytworzony wzór DNA będzie zawierał różną liczbę prążków ze wszystkich gatunków. Aby rozwiązać ten problem, myślę, że „czy moglibyśmy jakoś podzielić różne komórki na różne grupy, przy czym każda grupa należy do konkretnego niedźwiedzia za pomocą jakiejś techniki, która nie jest profilowaniem DNA i nie muszę o tym wiedzieć na poziomie szkoły średniej? Uważam więc, że wykonalibyśmy zadanie polegające na zidentyfikowaniu liczby różnych niedźwiedzi obecnych w próbce. Jak rozpoznać różne liczby niedźwiedzi?

Drugą częścią mojego pytania jest to, że nie rozumiem, w jaki sposób różne próbki z drzew i futra zostaną wykorzystane do oszacowania ogólnej wielkości populacji na tym obszarze? Jedyną znaną mi techniką pobierania próbek zwierząt jest metoda schwytania-odzyskania.


Ogólny proces profilowania DNA (wolę nazywać to "odciskiem palca DNA", ale to tylko ja) generalnie obejmuje opracowanie starterów PCR specyficznych dla określonego regionu otaczającego pewien rodzaj wysoce polimorficznego regionu. Więc w tym przypadku potrzebne byłyby startery otaczające VNTR (lub inne regiony polimorficzne, spójrz na artykuł w Wikipedii, aby zapoznać się z innymi metodami). Zakładając, że startery PCR są specyficzne dla niedźwiedzi (można by je rozwalić, żeby się o tym przekonać), to niezależnie od tego, z jakimi innymi zwierzętami zostały zmieszane, powstałe prążki byłyby głównie od niedźwiedzi (w końcu PCR skutkuje wykładniczą amplifikacją preferowane gatunki). To byłaby część odpowiedzi (1).

W części 2 należy znaleźć wystarczającą liczbę wystarczająco zmiennych regionów, aby profilowanie zadziałało. Pojedyncza strona może nie być wystarczająco informacyjna, ale kilka z nich razem będzie.

Część 3 jest logicznym wynikiem części 1 i 2. Jeśli możesz amplifikować razem kilka mieszanych próbek, a powtórzenia mają różną długość (stąd użycie VNTR lub podobnych powtórzeń), zobaczysz je jako pasma o różnej wielkości na żelu.


Sekwencjonowanie DNA oznacza określenie kolejności czterech chemicznych elementów budulcowych – zwanych „zasadami” – które tworzą cząsteczkę DNA. Sekwencja informuje naukowców o rodzaju informacji genetycznej, która jest przenoszona w określonym segmencie DNA. Na przykład naukowcy mogą wykorzystać informacje o sekwencji do określenia, które odcinki DNA zawierają geny, a które zawierają instrukcje regulacyjne, włączające lub wyłączające geny. Ponadto, co ważne, dane sekwencyjne mogą uwydatnić zmiany w genie, które mogą powodować chorobę.

W podwójnej helisie DNA cztery zasady chemiczne zawsze łączą się z tym samym partnerem, tworząc „pary zasad”. Adenina (A) zawsze paruje z tyminą (T), cytozyna (C) zawsze paruje z guaniną (G). To parowanie jest podstawą mechanizmu, dzięki któremu cząsteczki DNA są kopiowane podczas podziału komórek, a parowanie leży również u podstaw metod, za pomocą których przeprowadza się większość eksperymentów sekwencjonowania DNA. Genom ludzki zawiera około 3 miliardy par zasad, które określają instrukcje tworzenia i utrzymywania człowieka.

Sekwencjonowanie DNA oznacza określenie kolejności czterech chemicznych elementów budulcowych – zwanych „zasadami” – które tworzą cząsteczkę DNA. Sekwencja informuje naukowców o rodzaju informacji genetycznej, która jest przenoszona w określonym segmencie DNA. Na przykład naukowcy mogą wykorzystać informacje o sekwencji do określenia, które odcinki DNA zawierają geny, a które zawierają instrukcje regulacyjne, włączające lub wyłączające geny. Ponadto, co ważne, dane sekwencyjne mogą uwydatnić zmiany w genie, które mogą powodować chorobę.

W podwójnej helisie DNA cztery zasady chemiczne zawsze łączą się z tym samym partnerem, tworząc „pary zasad”. Adenina (A) zawsze paruje z tyminą (T), cytozyna (C) zawsze paruje z guaniną (G). To parowanie jest podstawą mechanizmu, dzięki któremu cząsteczki DNA są kopiowane podczas podziału komórek, a parowanie leży również u podstaw metod, za pomocą których przeprowadza się większość eksperymentów sekwencjonowania DNA. Genom ludzki zawiera około 3 miliardy par zasad, które określają instrukcje tworzenia i utrzymywania człowieka.


Z czego składa się DNA?

DNA składa się z chemicznych cegiełek zwanych nukleotydami. Te cegiełki składają się z trzech części: grupy fosforanowej, grupy cukrowej i jednego z czterech rodzajów zasad azotowych. Aby utworzyć nić DNA, nukleotydy są połączone w łańcuchy, z naprzemiennymi grupami fosforanowymi i cukrowymi.

Cztery typy zasad azotowych występujące w nukleotydach to: adenina (A), tymina (T), guanina (G) i cytozyna (C). Kolejność lub sekwencja tych zasad określa, jakie instrukcje biologiczne są zawarte w nici DNA. Na przykład sekwencja ATCGTT może instruować dla niebieskich oczu, podczas gdy ATCGCT może instruować dla brązu.

Kompletna instrukcja DNA lub genom dla człowieka zawiera około 3 miliardów zasad i około 20 000 genów na 23 parach chromosomów.

DNA składa się z chemicznych cegiełek zwanych nukleotydami. Te cegiełki składają się z trzech części: grupy fosforanowej, grupy cukrowej i jednego z czterech rodzajów zasad azotowych. Aby utworzyć nić DNA, nukleotydy są połączone w łańcuchy, z naprzemiennymi grupami fosforanowymi i cukrowymi.

Cztery typy zasad azotowych występujące w nukleotydach to: adenina (A), tymina (T), guanina (G) i cytozyna (C). Kolejność lub sekwencja tych zasad określa, jakie instrukcje biologiczne są zawarte w nici DNA. Na przykład sekwencja ATCGTT może instruować dla niebieskich oczu, podczas gdy ATCGCT może instruować dla brązu.

Kompletna instrukcja DNA lub genom dla człowieka zawiera około 3 miliardów zasad i około 20 000 genów na 23 parach chromosomów.


Hybrydyzacja DNA

Czasami określany jako hybrydyzacja DNA-DNA, proces ten hybrydyzuje informację genetyczną z dwóch różnych organizmów w celu określenia podobieństw między nimi. Naukowcy oddzielają nici DNA od obu gatunków za pomocą ciepła, co powoduje zerwanie wiązań między parami zasad, które łączą obie strony podwójnej helisy. Następnie dzielą informację genetyczną na małe części, mieszają informacje genetyczne z obu i obserwują, jak się rekombinują. Części, w których pary zasad łączą się z powrotem, wykazują podobieństwo genetyczne. Im więcej powiązanych informacji, tym bliżej ewolucyjnie gatunek.


Wstęp

Znany jest niewielki odsetek wszystkich gatunków na Ziemi [1]. Jednocześnie oddziaływania antropogeniczne zapoczątkowały masowe wymieranie gatunków w „antropocenie” [2], z wszechobecnymi i często negatywnymi skutkami dla funkcjonowania ekosystemów i dobrostanu człowieka [3,4]. Aby przeciwdziałać utracie bioróżnorodności, potrzebne są szybkie i niezawodne narzędzia do oceny i monitorowania bioróżnorodności [5].

Bioróżnorodność cieków jest cechą szczególną dotkniętą degradacją antropogeniczną [6,7]. W związku z tym powstały programy monitorowania i zarządzania na dużą skalę, np. Ramowa Dyrektywa Wodna Unii Europejskiej i amerykańska Ustawa o czystej wodzie. W tych programach biomonitoringu listy gatunków, zwłaszcza wskaźnikowych gatunków bezkręgowców bentosowych, są głównym wskaźnikiem oceny stanu ekologicznego ekosystemów słodkowodnych. W przypadku oceny strumieni setki organizmów bentosowych są pobierane w znormalizowany sposób, sortowane, identyfikowane i wykorzystywane w znormalizowanych przepływach pracy analitycznej (np. [8, 9]). Jednak wiele larw bezkręgowców bentosowych jest trudnych do zidentyfikowania na poziomie gatunku, a zatem najbardziej praktycznym poziomem taksonomicznym do identyfikacji tych organizmów jest często tylko rodzaj lub rodzina [10]. Jest to poważny problem, ponieważ różne gatunki w obrębie rodzaju lub podrodziny mogą mieć różne preferencje ekologiczne i tolerancję na stres i należeć do różnych grup funkcjonalnych żywienia [11,12] patrz [13] do przeglądu. Co gorsza, często występują błędy identyfikacji i wiele okazów nie jest wykrywanych w próbkach [10], ograniczenia te mają bezpośrednie konsekwencje dla wnioskowanych mierników oceny ekosystemu [10,14], a tym samym decyzji zarządczych.

Kodowanie kreskowe DNA pozwala na ustandaryzowaną i dokładną identyfikację gatunków [15–18]. Ponieważ metoda ta jest oparta na DNA, może być stosowana do niezawodnej identyfikacji gatunków, nawet jeśli dostępne są młode stadia rozwojowe lub fragmenty organizmów. W przypadku zwierząt zazwyczaj stosuje się standaryzowany fragment mitochondrialnego genu COI (podjednostka 1 oksydazy cytochromu c) o wielkości 658 pz [19]. Kodowanie kreskowe DNA wymaga ustanowienia dokładnej bazy danych referencyjnych. W przypadku makrobezkręgowców najlepiej jest to osiągnąć poprzez określenie cech diagnostycznych (zwykle u osobników dorosłych płci męskiej [13,20,21]), sekwencjonowanie próbek i umieszczenie sekwencji COI w bazie danych, takiej jak baza danych BOLD [22]. W czasach malejącej wiedzy taksonomicznej [23,24] te wyselekcjonowane i publiczne bazy danych kodów kreskowych są niezbędne do zachowania wiedzy taksonomicznej.

Metody kodowania kreskowego COI są dobrze ugruntowane dla organizmów słodkowodnych [16,17,25], a wstępne badania przetestowały ich potencjał do oceny ekosystemów słodkowodnych przy użyciu klasycznego sekwencjonowania opartego na Sangerze [14,26]. Stein i współautorzy wykazali, że dziesięć z 16 metryk oceny miało wyższą moc statystyczną przy użyciu kodu kreskowego DNA niż ocena morfologiczna [14]. Jednak sekwencjonowanie Sangera wymaga, aby każda próbka była przetwarzana indywidualnie w laboratorium, co jest kosztowne i niezwykle czasochłonne w przypadku rutynowych ocen społeczności obejmujących setki lub tysiące próbek na próbkę.

To wyzwanie można przezwyciężyć za pomocą sekwencjonowania nowej generacji, które umożliwia jednoczesną analizę milionów sekwencji. Jedna z technik sekwencjonowania nowej generacji o nazwie metabarkod (nazywany również kody kreskowe społeczności) wykorzystuje tę samą zasadę co klasyczne kody kreskowe, ale zapewnia znacznie wyższą przepustowość, umożliwiając jednoczesne przetwarzanie setek próbek w ramach jednej analizy. Gdy kompletne okazy są identyfikowane zbiorczo, sugerowano użycie terminu Metabarkodowanie DNA rozróżnić podejścia wykorzystujące środowiskowe DNA (eDNA) [27]. Jednakże, ponieważ nasze odkrycia w dużej mierze odnoszą się również do metod opartych na eDNA, odnosimy się tutaj do metabarkodowania w szerokim znaczeniu. Metabarkodowanie jest obecnie testowane w celu rozwiązania szerokiego zakresu problemów biologicznych, takich jak wykrywanie gatunków inwazyjnych [28], analiza treści jelitowej [29] oraz ocena różnorodności drobnoustrojów [30] i metazoan, takich jak stawonogi (np. [31 ,32]). Wstępne badania nad okrzemkami bentosowymi [33] i makrobezkręgowcami [34] pokazują potencjał tej metody do zrewolucjonizowania sposobu, w jaki monitorujemy ekosystemy strumieniowe. Istnieją jednak ogólne wyzwania związane ze stosowaniem metabarkodów do oceny ekosystemów. Chociaż dostępne są wstępne potoki bioinformatyczne do analizy danych (np. Mothur [35], QIIME [36], potok UPARSE [37]), bazy danych referencyjnych kodów kreskowych są nadal niekompletne. Ponadto istnieją dwa problemy o zasadniczym znaczeniu, które nie zostały rozwiązane w sposób systematyczny. Po pierwsze, organizmy, z których pobrano próbki, mają bardzo różne biomasy, a zatem małe organizmy mogą zostać utracone z powodu małej liczby odczytów sekwencji [38]. Po drugie, wydajność amplifikacji genu COI różni się w zależności od gatunku, co może poważnie zafałszować wyniki [34,39], szczególnie w świetle zmienności biomasy. Nie przeprowadzono dokładnych oszacowań biomasy w odniesieniu do odzysku próbki i obciążenia podkładowego.

Opisujemy innowacyjną i wydajną strategię analizy próbek makrobezkręgowców na platformie do sekwencjonowania Illumina MiSeq. Wysokie podobieństwo sekwencji w sekwencjonowaniu amplikonów może prowadzić do obniżenia jakości sekwencji na platformach Illumina [40]. Zajmujemy się tym problemem, stosując unikalnie oznakowane startery fuzyjne celujące w standardowy region kodu kreskowego, które są jednocześnie sekwencjonowane w kierunku sekwencjonowania do przodu i do tyłu, aby zwiększyć różnorodność nukleotydów, a tym samym poprawić jakość odczytu. W nowym protokole przeprowadziliśmy dwa kontrolowane eksperymenty, aby rozwiązać dwa opisane powyżej problemy. Najpierw oceniliśmy związek między biomasą a obfitością sekwencji, sekwencjonując genetycznie różne okazy, które znacznie różnią się biomasą, ale należą do jednego gatunku. To pozwoliło nam określić, czy i kiedy małe próbki są tracone ze względu na niski zasięg odczytu. Po drugie, użyliśmy równych ilości tkanki z 52 taksonów słodkowodnych, aby określić, jak dobrze są one odzyskiwane, biorąc pod uwagę specyficzne dla gatunku odchylenie amplifikacji PCR podczas ekstrakcji wielu gatunków w masie. Wszystkie analizy przeprowadzono w dziesięciu powtórzeniach, aby poprawić odporność statystyczną.


Wykrywanie patogenów na podstawie mikromacierzy

Zaletą wykrywania opartego na mikromacierzach jest to, że może łączyć potężne strategie amplifikacji kwasów nukleinowych z ogromnymi możliwościami przesiewowymi technologii mikromacierzy, co skutkuje wysokim poziomem czułości, specyficzności i przepustowości. Oprócz wspomnianych wcześniej zastrzeżeń, koszt i złożoność organizacyjna przeprowadzania dużej liczby reakcji PCR dla dalszych zastosowań mikromacierzy sprawiają, że ta opcja jest możliwa do zrealizowania, ale nieatrakcyjna. To ograniczenie poważnie zmniejszyło użyteczność tej techniki i utrudniło dalszy rozwój dalszych aplikacji.

Badacze często nie są pewni prawdziwości danych z mikromacierzy, a często zadawane pytanie brzmi: Czy należy sprawdzać dane przy użyciu alternatywnej techniki? Odpowiedź brzmi dźwięcznie 'Tak'. Po prostu dlatego, że sprawi to, że badacz będzie bardziej pewny wyników, a co ważniejsze, recenzenci z pewnością o to poproszą.


Metody ekstrakcji i identyfikacji DNA z żywności

Dostępność szybkich, dokładnych i wygodnych metod amplifikacji i sekwencjonowania DNA uczyniła analizę DNA realną opcją dla wielu rodzajów badań. W dziedzinie testowania żywności zastosowano qPCR i zaawansowane metody sekwencjonowania w celu opracowania czułych metod dokładnej identyfikacji składników żywności i precyzyjnego wykrywania zanieczyszczeń. Postępy w obu technikach w ciągu ostatniej dekady umożliwiły identyfikację składników na poziomie molekularnym i umożliwienie precyzyjnego scharakteryzowania dowolnego elementu opartego na DNA obecnego w żywności, od połączenia mięsa i roślin po przyprawy używane do aromatyzowania.

W ciągu ostatnich kilku lat analiza DNA oparta na qPCR została z powodzeniem zastosowana w szerokim zakresie scenariuszy testowania żywności, w tym testowania GMO (1) (2), identyfikacji gatunków w mieszanych produktach mięsnych i paszach dla zwierząt (3) (4), oraz wykrywanie zanieczyszczeń mikrobiologicznych (5) (6) . W marcu 2013 r. naukowcy z Uniwersytetu Jana Gutenberga w Moguncji ogłosili nową metodę testowania żywności opartą na sekwencjonowaniu &ndash&ldquoAll food Seq&rdquo&mdash, która wykorzystuje sekwencjonowanie całego genomu/podejście bioinformatyczne do próby zidentyfikowania całego DNA w produkcie spożywczym (7) . W porównaniu ze starszymi metodami, takimi jak badanie mikroskopowe, analiza białek i hodowla drobnoustrojów, metody testowania żywności oparte na qPCR i sekwencjonowaniu oferują korzyści, takie jak oszczędność czasu, specyficzność, czułość i przydatność do automatyzacji.

Podejście do sekwencjonowania całego genomu jest możliwe dzięki dostępności technologii sekwencjonowania nowej generacji oraz mocy obliczeniowej do analizy uzyskanych danych, porównywania ich z sekwencjami znanych gatunków i tworzenia potencjalnych dopasowań. Korzystając z metody opartej na sekwencjonowaniu, nie musisz wiedzieć, czego szukasz, aby to znaleźć. Teoretycznie każdy składnik produktu żywnościowego oparty na DNA może zostać zidentyfikowany, pod warunkiem, że pasuje do Twojej bazy danych.

Podejścia oparte na qPCR są stosowane do wyszukiwania określonych sekwencji DNA i sekwencji specyficznych dla gatunku lub, w przypadku testowania GMO, określonych sekwencji genetycznych i produktów spożywczych. W 2012 roku w pracy opublikowanej w Food Control (4) opisano metodę opartą na PCR w czasie rzeczywistym do identyfikacji wieprzowiny, kurczaka, indyka, wołowiny i jagnięciny w próbkach mięsa mieszanego i przetworzonej żywności. Autorzy ci użyli zestawu Maxwell® 16 Tissue DNA Purification, aby zautomatyzować ekstrakcję DNA z różnych mieszanek mięsnych, a następnie użyli starterów PCR specyficznych dla każdego gatunku w celu identyfikacji mięs składowych. Udało im się wykryć poszczególne gatunki do poziomu 1% w mieszankach wzbogaconych różnymi mięsami docelowymi. Metody identyfikacji mięsa oparte na DNA są bardziej skuteczne w przypadku mięsa przetworzonego i gotowanego niż metody oparte na białkach, takie jak testy immunologiczne, a także są bardziej zdolne do rozróżnienia między podobnymi gatunkami (4) (8) .

Izolacja DNA z żywności przy użyciu tradycyjnych protokołów może być długim i potencjalnie niebezpiecznym procesem. Dostępność szybszych metod, które pozwalają uniknąć ekspozycji na niebezpieczne rozpuszczalniki i które można zautomatyzować, umożliwiła wydajniejszą i skuteczniejszą izolację DNA z żywności i przyczyniła się do pomyślnej analizy qPCR. Metody oczyszczania DNA muszą być w stanie oczyścić DNA z potencjalnych inhibitorów PCR obecnych w żywności, a także muszą być w stanie oczyścić DNA, które mogło zostać pofragmentowane podczas przetwarzania żywności, takiego jak gotowanie, konserwowanie lub sterylizacja (9) (10) . Dlatego wybór metody oczyszczania DNA, jak również wybór celów PCR może mieć duży wpływ na sukces w analizie żywności, w zależności od konkretnego artykułu spożywczego i docelowego DNA.


Technika analizy RFLP

Technika analizy RFLP polega na wycięciu określonego regionu DNA o znanej zmienności za pomocą enzymów restrykcyjnych, a następnie oddzieleniu fragmentów DNA za pomocą elektroforezy w żelu agarozowym i określeniu liczby fragmentów i względnych rozmiarów.

Enzym restrykcyjny to enzym, cząsteczka białka, która tnie DNA w miejscach restrykcyjnych. W istocie próbka DNA jest rozbijana i trawiona przez enzymy restrykcyjne. Powstałe fragmenty są rozdzielane zgodnie z ich długością, a wzór rozmiarów fragmentów będzie różny dla każdego testowanego osobnika.

Pełny proces RFLP wymaga znakowania sondy, fragmentacji DNA, elektroforezy, blottingu, hybrydyzacji, płukania i autoradiografii. Wykryty RFLP jest wizualizowany za pomocą kliszy rentgenowskiej w autoradiografii, gdzie fragmenty DNA mogą być oglądane i analizowane po ich oddzieleniu od siebie za pomocą elektroforezy.


Od organelli do biosfery

Makrocząsteczki mogą tworzyć agregaty w komórce, które są otoczone błonami zwanymi organellami. Organelle to małe struktury istniejące w komórkach. Przykładami są: mitochondria i chloroplasty, które pełnią niezbędne funkcje. Mitochondria wytwarzają energię do zasilania komórki, podczas gdy chloroplasty umożliwiają roślinom zielonym wykorzystanie energii słonecznej do produkcji cukrów. Wszystkie żywe istoty składają się z komórek, a sama komórka jest najmniejszą podstawową jednostką struktury i funkcji w żywych organizmach. (To wymaganie jest powodem, dla którego wirusy nie są uważane za żywe: nie są zbudowane z komórek. Aby stworzyć nowe wirusy, muszą zaatakować i przejąć kontrolę nad mechanizmem reprodukcji żywej komórki, tylko wtedy mogą uzyskać materiały, których potrzebują do reprodukcji). organizmy składają się z pojedynczej komórki, a inne są wielokomórkowe. Komórki są klasyfikowane jako prokariotyczne lub eukariotyczne. Prokariota to organizmy jednokomórkowe lub kolonialne, które nie mają jąder związanych z błoną, w przeciwieństwie do komórek eukariotycznych, które mają organelle związane z błoną i jądro związane z błoną.

W większych organizmach komórki łączą się, tworząc tkanki, które są grupami podobnych komórek pełniących podobne lub powiązane funkcje. Organy to zbiory tkanek zgrupowanych razem pełniących wspólną funkcję. Organy są obecne nie tylko u zwierząt, ale także w roślinach. System narządów to wyższy poziom organizacji, który składa się z funkcjonalnie powiązanych narządów. Ssaki mają wiele układów narządów. Na przykład układ krążenia transportuje krew przez ciało oraz do i z płuc, obejmuje narządy takie jak serce i naczynia krwionośne. Co więcej, organizmy są indywidualnymi żywymi istotami. Na przykład każde drzewo w lesie to organizm. Jednokomórkowe prokariota i jednokomórkowe eukarionty są również uważane za organizmy i są zwykle określane jako mikroorganizmy.

Wszystkie osobniki gatunku żyjące na określonym obszarze są zbiorczo nazywane populacją. Na przykład las może zawierać wiele sosen. Wszystkie te sosny reprezentują populację sosen w tym lesie. Na tym samym obszarze mogą żyć różne populacje. Na przykład las z sosnami obejmuje populacje roślin kwiatowych, a także populacje owadów i drobnoustrojów. Społeczność to suma populacji zamieszkujących dany obszar. Na przykład wszystkie drzewa, kwiaty, owady i inne populacje w lesie tworzą społeczność Forest&rsquos. Sam las jest ekosystemem. Ekosystem składa się ze wszystkich żywych istot na danym obszarze wraz z abiotycznymi, nieożywionymi częściami tego środowiska, takimi jak azot w glebie lub wodach opadowych. Na najwyższym poziomie organizacji biosfera jest zbiorem wszystkich ekosystemów i reprezentuje strefy życia na ziemi. Obejmuje do pewnego stopnia ziemię, wodę, a nawet atmosferę. Wszystkie te poziomy razem wzięte składają się na biologiczne poziomy organizacji, od organelli po biosferę.

Rysunek (PageIndex<1>): Biologiczne poziomy organizacji: Biologiczne poziomy organizacji żywych istot są zgodne z hierarchią, taką jak ta pokazana. Od pojedynczej organelli po całą biosferę, żywe organizmy są częścią wysoce ustrukturyzowanej hierarchii.


Niegenetyczne kategorie dla medycyny i ekologii

W medycynie mikroorganizmy są identyfikowane na podstawie morfologii, fizjologii i innych cech ekologicznych według siedliska, energii i źródła węgla.

Cele nauczania

Nakreśl cechy wykorzystywane do klasyfikacji: bakterie, wirusy i mikroorganizmy w ekologii

Kluczowe dania na wynos

Kluczowe punkty

  • Patogen powoduje chorobę u swojego gospodarza. W medycynie istnieje kilka szerokich rodzajów patogenów: wirusy, bakterie, grzyby, pasożyty eukariotyczne i priony.
  • Podczas identyfikacji bakterii w laboratorium wykorzystuje się następujące cechy: barwienie metodą Grama, kształt, obecność torebki, skłonność do wiązania, ruchliwość, oddychanie, pożywkę wzrostową oraz to, czy jest wewnątrz- czy zewnątrzkomórkowa.
  • Wirusy są klasyfikowane głównie według cech fenotypowych, takich jak morfologia, typ kwasu nukleinowego, sposób replikacji, organizmy gospodarza i rodzaj choroby, którą powodują.
  • W ekologii mikroorganizmy są klasyfikowane według rodzaju siedliska, którego wymagają, lub poziomu troficznego, źródła energii i źródła węgla.
  • Biolodzy odkryli, że życie drobnoustrojów ma niesamowitą elastyczność w przetrwaniu w ekstremalnych środowiskach, które byłyby całkowicie niegościnne dla złożonych organizmów, które nazywane są ekstremofilami i istnieje wiele rodzajów.
  • Różne gatunki mikroorganizmów wykorzystują mieszankę różnych źródeł energii i węgla. Mogą to być naprzemienne foto- i chemotrofia, lito- i organotrofia, auto- i heterotrofia lub ich kombinacja.

Kluczowe terminy

  • konieczny: Zdolny do egzystencji lub przetrwania tylko w określonym środowisku lub przez przyjęcie określonej roli: bezwzględny pasożyt, bezwzględny beztlenowiec.
  • patogen: Każdy organizm lub substancja, zwłaszcza mikroorganizm, zdolny do wywoływania chorób, taki jak bakterie, wirusy, pierwotniaki lub grzyby. Mikroorganizmy nie są uważane za patogenne, dopóki nie osiągną liczebności populacji, która jest wystarczająco duża, aby wywołać chorobę.
  • ekstremofil: Organizm żyjący w ekstremalnych warunkach temperatury, zasolenia i tak dalej. Są one ważne z handlowego punktu widzenia jako źródło enzymów, które działają w podobnych warunkach.

Klasyfikacja mikroorganizmów w medycynie

Patogen (potocznie zwany zarazkiem) jest czynnikiem zakaźnym wywołującym chorobę u swojego gospodarza. W medycynie istnieje kilka szerokich rodzajów patogenów: wirusy, bakterie, grzyby, pasożyty eukariotyczne i priony.

BAKTERIA

Chociaż większość bakterii jest nieszkodliwa, a nawet pożyteczna, sporo jest patogennych. Każdy gatunek chorobotwórczy ma charakterystyczne spektrum interakcji z ludzkimi żywicielami.

Warunkowo bakterie chorobotwórcze są chorobotwórcze tylko w określonych warunkach, takich jak rana, która umożliwia wejście do krwi lub osłabienie funkcji odpornościowej. Zakażenia bakteryjne można również klasyfikować według lokalizacji w ciele, na przykład w pochwie, płucach, skórze, rdzeniu kręgowym i mózgu oraz drogach moczowych.

Podczas identyfikacji bakterii w laboratorium stosuje się następujące cechy charakterystyczne: barwienie metodą Grama, kształt, obecność torebki, skłonność do wiązania (pojedynczo lub w parach), ruchliwość, oddychanie, pożywka wzrostowa oraz to, czy jest wewnątrz- czy zewnątrzkomórkowe.

Techniki hodowli mają na celu wzrost i identyfikację poszczególnych bakterii, przy jednoczesnym ograniczeniu wzrostu innych w próbce. Często te techniki są zaprojektowane dla określonych próbek: na przykład próbka plwociny zostanie poddana obróbce w celu zidentyfikowania organizmów powodujących zapalenie płuc. Po wyizolowaniu organizmu patogennego można go dalej scharakteryzować na podstawie jego morfologii, wzorców wzrostu (tlenowego lub beztlenowego), wzorców hemolizy i barwienia.

WIRUSY

Podobnie jak w przypadku systemów klasyfikacyjnych stosowanych w przypadku organizmów komórkowych, klasyfikacja wirusów jest przedmiotem nieustannej debaty ze względu na ich pseudo-żywą naturę. Zasadniczo są to cząstki nieożywione o pewnych właściwościach chemicznych podobnych do cech życia, dlatego nie pasują do ustalonego biologicznego systemu klasyfikacji.

Wirusy są klasyfikowane głównie według cech fenotypowych, takich jak:

  • morfologia
  • typ kwasu nukleinowego
  • tryb replikacji
  • organizmy gospodarza
  • rodzaj choroby, którą powodują

Obecnie do klasyfikacji wirusów stosuje się dwa główne schematy: (1) system Międzynarodowego Komitetu Taksonomii Wirusów (ICTV) oraz (2) system klasyfikacji Baltimore, który umieszcza wirusy w jednej z siedmiu grup. Do chwili obecnej ICTV ustanowiło sześć zamówień:

  • Caudovirales
  • Herpesvirale
  • Mononegawirusy
  • Nidovirale
  • Pikornawirusy
  • Tymovirales

Te rzędy obejmują wirusy o różnych zakresach gospodarzy, z których tylko niektóre infekują ludzkich gospodarzy.

Klasyfikacja Baltimore to system, który umieszcza wirusy w jednej z siedmiu grup w zależności od kombinacji:

  • ich kwas nukleinowy (DNA lub RNA)
  • skrępowanie (pojedyncze lub podwójne)
  • sens
  • metoda replikacji

Inne klasyfikacje są określane przez chorobę wywołaną przez wirusa lub jego morfologię, z których żadna nie jest zadowalająca, ponieważ różne wirusy mogą wywoływać tę samą chorobę lub wyglądać bardzo podobnie. Ponadto struktury wirusowe są często trudne do określenia pod mikroskopem. Klasyfikacja wirusów według ich genomu oznacza, że ​​wszystkie wirusy należące do danej kategorii będą zachowywać się w podobny sposób, co daje pewne wskazówki, jak kontynuować dalsze badania.

Inne organizmy niezmiennie wywołują choroby u ludzi, takie jak bezwzględnie wewnątrzkomórkowe pasożyty, które są w stanie rosnąć i rozmnażać się tylko w komórkach innych organizmów.

KATEGORIE MIKROORGANIZMÓW W EKOLOGII

W ekologii mikroorganizmy są klasyfikowane według rodzaju siedliska, którego wymagają, lub poziomu troficznego, źródła energii i źródła węgla.

Typ siedliska

Biolodzy odkryli, że życie drobnoustrojów ma niesamowitą elastyczność w przetrwaniu w ekstremalnych środowiskach, które byłyby całkowicie niegościnne dla złożonych organizmów. Niektórzy doszli nawet do wniosku, że życie mogło rozpocząć się na Ziemi w kominach hydrotermalnych daleko pod powierzchnią oceanu.

jakiś ekstremofil to organizm, który rozwija się w ekstremalnych warunkach fizycznych lub geochemicznych, szkodliwych dla większości życia na Ziemi. Większość znanych ekstremofili to mikroby. Domena Archea zawiera renomowane przykłady, ale ekstremofile są obecne w licznych i zróżnicowanych liniach genetycznych zarówno bakterii, jak i archeonów. W przeciwieństwie do organizmów żyjących w bardziej umiarkowanych środowiskach można określić mezofili lub neutrofile.

Istnieje wiele różnych klas ekstremofili, z których każda odpowiada temu, w jaki sposób jej nisza środowiskowa różni się od warunków mezofilnych. Wielu ekstremofili należy do wielu kategorii i jest określanych jako poliekstremofile. Kilka przykładów typów ekstremofili:

  • kwasofil: organizm o optymalnym wzroście przy pH 3 lub niższym
  • kserofil: organizm, który może rosnąć w ekstremalnie suchych, przesuszających warunkach, czego przykładem są drobnoustroje glebowe pustyni Atakama
  • Halofil: organizm wymagający do wzrostu co najmniej 0,2M stężeń soli (NaCl)
  • Termofil: organizm, który może się rozwijać w temperaturach między 45–122 °C

Poziom troficzny, źródło energii i źródło węgla

Tryby żywieniowe organizmu: schemat blokowy określający, czy gatunek jest autotrofem, heterotrofem czy podtypem.

  • Fototrofy: przeprowadź przechwytywanie fotonów w celu pozyskania energii. Wykorzystują energię światła do przeprowadzania różnych komórkowych procesów metabolicznych. Nie są obowiązkowo fotosyntetyczne. Większość dobrze rozpoznanych fototrofów to autotrofy, znany również jako fotoautotrofyi może naprawić węgiel.
  • Fotoheterotrofy: wytwarzają ATP poprzez fotofosforylację, ale do budowy struktur i innych biocząsteczek używaj związków organicznych uzyskanych ze środowiska.
  • Fotolitoautotrof: organizm autotroficzny, który wykorzystuje energię świetlną i nieorganiczny donor elektronów (np. H2OH2, H2S) i CO2 jako źródło węgla.
  • Chemotrofy: uzyskują ich energię poprzez utlenianie donorów elektronów w ich otoczeniu.
  • Chemoorganotrofy: organizmy, które utleniają wiązania chemiczne w związkach organicznych jako źródło energii i uzyskują cząsteczki węgla, których potrzebują do funkcjonowania komórki. Te utlenione związki organiczne obejmują cukry, tłuszcze i białka.
  • Chemoorganoheterotrofy (lub organotrofy) wykorzystują związki o obniżonej zawartości węgla jako źródła energii, takie jak węglowodany, tłuszcze i białka z roślin i zwierząt. Chemolitoheterotrofy (lub litotroficznyheterotrofy) wykorzystują substancje nieorganiczne do produkcji ATP, w tym siarkowodór i siarkę elementarną.
  • Litoautotrof: czerpie energię ze zredukowanych związków pochodzenia mineralnego. Może być również określany jako chemolitoautotrofy, odzwierciedlając ich autotroficzne szlaki metaboliczne. Litoautotrofy to wyłącznie drobnoustroje, a większość z nich to bakterie. W przypadku bakterii litoautotroficznych jako źródła energii można stosować wyłącznie cząsteczki nieorganiczne.
  • miksotrof: Może wykorzystywać mieszankę różnych źródeł energii i węgla. Mogą to być naprzemienne foto- i chemotrofia, lito- i organotrofia, auto- i heterotrofia lub ich kombinacja. Może być eukariotyczny lub prokariotyczny.

Różna morfologia w różnych wirusach opryszczki: Various viruses from the Herpesviridae family seen using an electron micrograph. Amongst these members is varicella-zoster (Chickenpox), and herpes simplex type 1 and 2 (HSV-1, HSV-2).


Obejrzyj wideo: Wszystko o DNA - Genetyka - Darmowe Lekcje Biologii Online -8 klasa - Nośnik informacji genetycznej (Lipiec 2022).


Uwagi:

  1. Laine

    Pomiędzy nami, przeszedłbym kolejny.

  2. Picford

    Gratulacje, jakie słowa ..., genialna myśl

  3. Lochlann

    Przepraszam, ale myślę, że się mylisz. Wyślij mi e -mail na PM, porozmawiamy.

  4. Tas

    naprawdę dziwnie

  5. Rufio

    Ktoś nie był w stanie tego zrobić)))

  6. Rafe

    Coś w tym jest. Kiedyś myślałem inaczej, dzięki za pomoc w tej sprawie.



Napisać wiadomość